[发明专利]轴向力下混凝土试件水力劈裂试验密封装置及实施方法

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土水力劈裂试验实施方法，适用于研究混凝土结构发生水力劈裂的机理和规律，也可用于探索减小水力劈裂所需混凝土试件的方法。本发明还提供所述水力劈裂试验的一种密封装置。

背景技术

水力劈裂是水流在岩体或者混凝土的间隙内运动与周围固体变形耦合的过程，表现为高压水流将岩体和混凝土内已有的裂隙和空隙驱动扩张、扩展、相互贯通等。水力劈裂是由于水压力的抬高在岩体或混凝土中引起裂缝发生与扩展的一种物理现象。

水力劈裂最早在石油天然气领域中出现，随后作为石油天然气工业中的一项技术措施而被广泛应用。后来，这种水力劈裂也逐渐应用在岩土工程和水工建筑中，但是与此同时也给许多工程带来事故，比如堤坝的防渗和损坏，压力输水隧洞破裂漏水等。

近年来，随着水电事业的高速发展，大型水库、高坝的建设越来越多，在建和拟建的混凝土重力坝已经发展到300米级，然而这些大坝都会不可避免的出现一些裂缝，这就为高压水力劈裂提供了条件。

混凝土水力劈裂发生的机理比较复杂，在实际工程中就可以体现出来，比如，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，竖直缝等。裂缝所处的工况也很复杂，如：无应力缝、受压缝，受拉缝等。由于试验设备和试验装置的限制，以往学者仅针对轴向受力条件下的混凝土试件初始裂缝没有贯穿试件厚度方向的情况下进行了研究，且无法看到初始裂缝尖端部位在轴力作用下裂缝的扩展形式。

发明内容

为了进一步更好的研究混凝土试件水力劈裂问题，需要设计一种新的水力劈裂试验的密封装置和实施方法。本发明的目的是提供一种轴向力下混凝土试件水力劈裂试验密封装置。本发明的另外一个目的在于提供一种能够观察到不同倾斜角的初始裂缝在轴向力和水压力作用下的扩展形式的混凝土试件水力劈裂试验的实施方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

轴向力下混凝土试件水力劈裂试验密封装置，包括混凝土试件（1）、盖板A、盖板B和一面开口的长方体模具（15），所述长方体模具（15）内灌注混凝土得到混凝土试件（1）；混凝土试件（1）的上部中间与盖板A密封连接，混凝土试件（1）的下部中间对应盖板A处与盖板B密封连接；混凝土试件（1）沿其厚度方向预埋有若干个上下贯通且带螺纹的螺杆（5），混凝土试件（1）沿其长度方向的两端面预埋若干个螺栓（6）；混凝土试件（1）的上、下部中间对应位置处设有正方形凹槽（7），位于混凝土试件（1）上部的正方形凹槽（7）的中间部位设有初始裂缝（2），初始裂缝（2）的两端处设有应变片（3），初始裂缝（2）的中部和两端部均设有夹式引伸计（4）；所述盖板A与混凝土试件（1）上的螺杆（5）连接处设置有螺纹孔（11），盖板A的中间位置设置有一个正方形角钢槽（12），正方形角钢槽（12）与正方形凹槽（7）相互配合密封连接，正方形角钢槽（12）的中间位置挖去尺寸小于正方形角钢槽（12）的正方形小钢块形成台阶形槽，台阶形槽内放置钢化玻璃（8），钢化玻璃（8）通过螺丝与台阶形槽固定，钢化玻璃（8）上对应混凝土试件（1）内的初始裂缝（2）位置设置有进水管接口（9）和出水管接口（10）；所述盖板B与混凝土试件（1）上的螺杆（5）连接处设置有螺纹孔（11），盖板B的中间位置设置有一个正方形角钢槽（12），正方形角钢槽（12）与正方形凹槽（7）相互配合密封连接。

进一步地，所述的混凝土试件（1）为长方体结构，混凝土试件（1）沿其厚度方向预埋有六根上下贯通且带螺纹的螺杆（5），螺杆（5）设置在正方形凹槽（7）的两侧，正方形凹槽（7）内涂抹环氧树脂胶。

进一步地，在靠近所述初始裂缝（2）的一端呈V字型对称粘贴8个10mm长的应变片（3），靠近初始裂缝（2）的另一端垂直于初始裂缝（2）粘贴4个50mm长的应变片（3）。

进一步地，所述的钢板A、钢板B上预留的螺纹孔（11）为长方形，且长方形四个角是圆弧形，施加轴向力的方向沿着长方形的长边，螺纹孔（11）的截面尺寸比螺杆（5）截面尺寸大一倍，用于在轴向变形很大时沿着轴向力方向滑动。

进一步地，所述的正方形角钢槽（12）内插入硅胶板，与混凝土试件（1）上的正方形凹槽（7）相互配合，密封连接。

本发明的另外一个目的是这样实现的：

轴向力下混凝土试件水力劈裂试验实施方法，包括以下步骤：

步骤一、制做一混凝土试件（1），在试件中间位置预留一初始裂缝（2），该初始裂缝（2）贯穿混凝土试件（1）的厚度方向，为预留通缝；