[发明专利]一种模拟不同应力条件下混凝土构件水力劈裂试验装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及混凝土构件水力劈裂的试验装置的技术领域。

 

背景技术

    水力劈裂是水流在岩体或混凝土的间隙运动与周围固体变形耦合的过程，表现为高压水流将岩体或混凝土内已有的裂隙和空隙驱动扩张、扩展、相互贯通等。

随着筑坝技术和快速发展，一批200m～300m级大型混凝土高坝被兴建及投入运行。高水头作用下的混凝土结构水力劈裂问题备受关注，成为当下水利工程界广为研究的基础课题。混凝土水力劈裂发生机理复杂，实际工程中混凝土构件的水力劈裂问题复杂。例如，混凝土坝由于温度、施工和混凝土干缩等因素的影响，坝体表面不可避免地存在裂缝，裂缝的形式多样，如水平缝、垂直缝等。裂缝所处的工况也很复杂，如：无应力缝、受压缝、受拉缝等。由于试验设备和测试技术等条件限制，以往学者仅针对单轴受拉压条件下的混凝土试件进行高压水劈裂试验，且无法开展不同初始裂缝倾斜角情况下的水力劈裂试验。为了进一步研究混凝土构件的水力劈裂问题，需要设计一种新的水力劈裂试验装置。

 

发明内容

本发明目的是提供一种能够在不同应力状态和不同初始裂缝倾斜角条件组合工况下的混凝土结构水力劈裂试验研究的模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置。

一种模拟混凝土构件水力劈裂的试验装置，包括一面开口的长方体模具，模具内灌注混凝土得到混凝土构件，混凝土构件内预设8根耐高压水弯管，每根耐高压水弯管的末端设置水压传感器接头；预制初始裂缝周围打磨出一定范围的凹槽，布置夹式引伸计和应变片，并用隔水绝缘胶填充磨平；混凝土构件上设置水密封钢板，水密封钢板上布置有进水口和带密封帽的排气口。

本发明耐高压水弯管伸入混凝土构件内的一端设置用于防止耐高压水弯管堵塞的透水土工布。

本发明的水密封刚板与混凝土构件之间通过螺栓固定连接。

本发明的水密封刚板与混凝土构件之间设置隔水绝缘胶。

本发明的应变片布置于裂缝端部两侧，一侧垂直于开裂方向布置8个，另一侧大致沿构件主应力方向对称布置16个，总计24个。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

本发明所述试件浇筑采用的钢模具，钢模内部尺寸为长600mm、宽300mm、高300mm、壁厚20mm，试模的前后及左右侧对称开有若干圆孔，便于预埋螺纹钢筋，用来开展受拉应力条件下的水力劈裂试验。

本发明所述混凝土试件，试件采用全级配混凝土，试件尺寸为长600mm、宽300mm、高300mm，试件内部埋设有8根耐高压水弯管，导管出口端通过转换接口与水压传感器相连；试件上部预埋入8根螺纹钢筋；试件上部裂缝口附近的区域用打磨机打磨出一块低于试件表面10mm左右的凹槽区域，用来布置应变片、夹式引伸计；试件前后侧及左右侧预埋入螺纹钢筋若干（模拟受拉情况时，需预埋入螺纹钢筋，受压情况则不需要预埋螺纹钢筋）。

本发明所述水密封钢板，钢板尺寸为长150mm、宽150mm、厚20mm，钢板钻有8个大螺纹孔，与预埋入试件上部的8根螺纹钢筋一一对应，通过螺帽与水密封钢板紧密接触；钢板中心位置开有2个小螺纹孔，用来设置进水口和排气口，排气口设置有密封帽。

本发明所述各式试验数据测量仪器包括24个应变片，布置于试件上表面凹槽内；3个夹式引伸计，分别布置于试件上表面凹槽内预制裂缝中部和端部；8个水压传感器，通过转换接头与导出的耐高压导管连接；2个荷载传感器和2个位移传感器，分别用来测量试件前后侧和左右侧施加的荷载和产生的位移值。试验过程中的测量数据均可在主机上实时采集和保存。

本发明的优点：

1）改进了以往装置只能开展单轴拉压情况下水力劈裂试验的缺陷，采用该试验装置可开展不同应力条件下的全级配混凝土结构水力劈裂试验研究，实用性更广。

2）可根据试验需要，开展不同初始裂缝倾斜角情况下全级配混凝土结构水力劈裂试验研究，可用来研究不同初始裂缝倾斜角对水力劈裂试验的影响。

3）试验水压、轴压加载系统相互独立，可根据试验工况要求，自由调节和控制，且试验过程中应变，位移、荷载、水压等试验数据均可实现全程自动采集和保存。

 

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明试件模具的结构示意图。

图4为本发明进水口与排气口布置示意图。

图5为本发明的初始裂缝的示意图。