摘要：本文对堆石坝面板缩尺试件进行抗压性能试验研究，用以分析大尺寸混凝土面板的抗压性能与实验室材料抗压性能间的关系，并结合试验结果，对大尺寸混凝土面板的抗压性能及断裂破坏形态进行分析，可为工程设计提供参考依据。 关键词：珠宝展柜制作大尺寸；混凝土面板；抗压性能
Abstract: in this paper, the compressive performance of scaled specimens of rockfill dam face slab is studied to analyze the relationship between the compressive performance of large-scale concrete face slab and the compressive performance of laboratory materials. Combined with the test results, the compressive performance and fracture failure mode of large-scale concrete face slab are analyzed, which can provide reference basis for engineering design.
Key words: Large size; Concrete face slab; Compressive properties
1 引言
混凝土面板堆石坝是一种经济性、安全性和适用性都较优的一种坝体，在我国得到了广泛的应用。根据已有统计数据，截止2016年，我国在建和以建的30m以上的面板堆石坝总数超400座，遍布全国各地，数量占全球总数的一半以上[1]。因此，面板堆石坝的安全问题显得尤为重要。已有的观测资料表明，大坝堆石体由于受自重和库水压力作用，会出现向河床中部和下游移动的趋势，这会使得混凝土面板在大坝中部沿坝轴线方向受到巨大挤压作用，从而产生挤压破坏的风险[2,3]，目前国内外已发生数例面板挤压破坏的情况[4-6]。因此，在设计时对面板实际抗压性能进行了解是很有必要的。
2 混凝土面板抗压试验设计
为尽可能反映混凝土面板的实际抗压承载能力，确保其不受尺寸效应的影响，设计的面板尺寸为长×宽×厚度=1500mm×1500mm×150mm，其内部不含钢筋。混凝土材料采用设计标号为C25的混凝土，其配合比为水泥：砂：石子：水=1:2.533:3.967:0.5，其中水平采用P.O 42.5型号水泥，碎石粒径范围为5~31.5mm。试件建筑过程如图1（a）所示，本文试验共浇筑两个面板试件，分别标号为SLAB1和SLAB2，其中，混凝土面板SLAB1埋有正交的一对振弦式应变计（标距10cm，量程±2000微应变），用以测量轴向应变和另一正交方
向的应变；为排除内置传感器对整体受力的影响（内部传感器尺寸较大，视为一种缺陷），混凝土面板SLAB2不埋置任何传感器，仅测试抗压强度和断裂破坏形态，用以作为混凝土面板SLAB1的参照。经过材料测试（如图1（b）），本文试验采用混凝土的标准立方体抗压强度约为28MPa，弹性模量约为20GPa。
视频聚合 | |
（a）试件建筑过程 | （b）混凝土材料性能测试 |
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图1 试验的前期准备
试件的加载方式为单向加载，试件及加载装置被平放于由钢架和高强螺栓组装而成的自平衡框架中，如图2。试件采用荷载控制的方式分级加载，其中，在总荷载达到2000kN之前，每级荷载增加数值为200kN，总荷载2000kN之后，每级施加数值调整为100kN，每级
荷载持续时间为3min，用以记录应变计读数，并观测试件表面裂缝。在加载后期，当千斤顶压力难以增长，且应变计实时读数出现巨大增幅时，试件被视为已达到荷载峰值，试验结束，记录荷载跌落前的最大读数和相应的应变值。
3 试验结果分析
3.1 试验现象
电动粉扑图2 实际加载情况
混凝土面板在达到峰值后的裂缝分布形态如图3（a）所示，在试验过程中，当荷载接近峰值的80%~85%时，混凝土表面开始出现裂缝，这些裂缝主要出现在试件两侧的自由面附近，其扩展方向大致与加载方向平行；在加载后期荷载达到峰值附近时，混凝土表面裂缝
的张开程度迅速增大，且内部持续发出碎裂的响声，此时继续加压，荷载值基本持平不再上升，但试件内部的应变值读数会显著上升；最后，若继续强行施加压力，则试件裂缝会贯通试件，导致试件丧失承载能力，如图3（b）所示（扩展程度较大的裂缝统一放于右侧以便比较），为防止强行加压对千斤顶造成损坏，本发明试验仅对试件SLAB1进行破坏性的加载。
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海洋浮标（a）试件裂缝分布超导量子比特芯片 | （b）裂缝贯通后的试件 |
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图3 试验观测到的混凝土面板断裂破坏形态
3.2 力学性能
混凝土面板SLAB1的轴向应力-轴向应变曲线以及横向应变-轴向应变曲线如图4（a）和（b）所示，其中轴向应力、应变指的是与加载方向同向的应力和应变，横向应变指的是垂直于加载方向的应变，轴向应力通过千斤顶的总荷载除以混凝土面板侧面面积获得。
由图4（a）可以看出，随着加载的进行，由于混凝土内部损伤和微裂缝的不断产生，曲线的系列逐渐变小，最终测得面板SLAB1的抗压强度为16.14MPa；而从图4（b）可以看出，在加载前期，横向应变与轴向应变间呈线性关系，二者比值约为0.22，该值即为本次试验混凝土材料的泊松比，而在加载中后期，曲线斜率显著上升，表明面板横向变形显著增大，且不再处于弹性状态，这是由于混凝土内部整体产生的损伤和微裂缝导致的。
图4 试验测得的混凝土面板受压力学性能曲线
4 结论
本文以大面积混凝土面板作为研究对象，针对两块面板进行了抗压性能对比试验，得到了混凝土面板基本力学参数。由对比分析结果可知，测得的强度均在16~17MPa左右，且裂缝也主要出现在两侧自由面附近，表明本文试验所测试的混凝土面板性能整体较为稳定，且内部传感器的埋置对混凝土面板的抗压性能和断裂形态影响较小。
参考文献
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[2]刘光廷, 胡昱, 焦修刚,等. 高面板堆石坝面板应力规律分析及改善应力状态的对策[J]. 水利学报, 2006.
立体交叉桥[3]田伟. 混凝土面板堆石坝面板应力变形特性研究[D]. 中国地质大学(北京), 2015.
[4]魏寿松. 天生桥一级大坝面板竖缝的挤压破损原因初探[J]. 云南水力发电, 2004, 20(1):3.
[5]徐泽平, 郭晨. 巴西坎泼斯诺沃斯面板堆石坝的经验和教训[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2007, 5(3):8.
[6]万里, 罗永祥, 黄刚,等. 马来西亚巴贡混凝土面板堆石坝面板抗挤压破坏措施探讨[J]. 西北水电, 2007(4):4.
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