[发明专利]快速变温耦合复杂应力条件下的水工混凝土水力劈裂装置及方法

说明书

本发明涉及一种快速变温耦合复杂应力条件下的水工混凝土水力劈裂装置及方法，包括压力室，压力室内通过紧固装置对待试验的预制缝混凝土标准试件进行安装和固定，还包括安装在紧固装置外围的应力施加装置，用于实现对预制缝混凝土标准试件拉应力的施加，还包括空气加热系统以及循环水系统，空气加热系统与压力室连通，循环水系统布设在压力室内部，两者通过伺服系统控制共同作用实现压力室的快速变温；本发明不仅可以迅速对压力室进行变温，同时利用空气加热与循环水的共同作用来保持压力室内温度的稳定，而且可以迅速测得加入温度场的多场耦合条件下混凝土结构试件水力劈裂特性的试验数据，从而提高水力劈裂试验研究的额效率。

技术领域

本发明涉及一种快速变温耦合复杂应力条件下的水工混凝土水力劈裂装置及方法，属于模拟试验技术领域。

背景技术

混凝土面板由于干缩作用普遍存在初始裂缝，在高水压力作用下会导致裂缝尖端拉应力集中产生开裂破坏，也就是水力劈裂，导致面板破坏，防渗系统失效危害工程安全；在一些特殊的工程如抽水蓄能电站的上水库面板堆石坝，水库蓄放水使面板经历了冷热和干湿循环，本质上是一个快速的持卸荷过程，其应力状态发生快速的转变；同时，混凝土面板本身受到水压力、河谷顶托力、面板间挤压力、温度应力等作用，应力状态十分复杂，在复杂应力条件耦合温度应力作用下的混凝土面板水力劈裂，是关系到高面板坝长期安全运行的重要问题。

已有相关学者和单位研制了应力场-温度场耦合条件下的混凝土面板水力劈裂装置，然而，装置的温度稳定性差、且变温速率慢，严重影响了该装置在试验和工程中的应用。如何开发能快速改变压力室温度且能保持长期稳定装置，并将其与荷载施加设备联合起来共同使用，是进行温度场-应力场耦合条件下水工混凝土水力劈裂试验的关键。

发明内容

本发明提供一种快速变温耦合复杂应力条件下的水工混凝土水力劈裂装置及方法，不仅可以迅速对压力室进行变温，同时利用空气加热与循环水的共同作用来保持压力室内温度的稳定，而且可以迅速测得加入温度场的多场耦合条件下混凝土结构试件水力劈裂特性的试验数据，从而提高水力劈裂试验研究的额效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种快速变温耦合复杂应力条件下的水工混凝土水力劈裂装置，包括压力室，压力室内通过紧固装置对待试验的预制缝混凝土标准试件进行安装和固定，还包括安装在紧固装置外围的应力施加装置，用于实现对预制缝混凝土标准试件拉应力的施加，压力室的底部分别开设进水口与出水口，进水口内插入进水管道，出水口内插入出水管道；还包括空气加热系统以及循环水系统，空气加热系统与压力室连通，循环水系统布设在压力室内部，两者通过伺服系统控制共同作用实现压力室的快速变温；

作为本发明的进一步优选，前述的预制缝混凝土标准试件包括相互匹配的上钢制套件和下钢制套件，两者之间形成安置混凝土的空间，混凝土的顶部与上钢制套件、底部与下钢制套件之间安插密集打有孔径为1mm小孔的透水铜板，混凝土的两侧粘贴密封式钢板，在上钢制套件上设有内部出水口；

前述的应力施加装置包括安装在预制缝混凝土标准试件X方向两侧面的钢制连接板，钢制连接板上均安装压力螺栓，还包括安装在预制缝混凝土标准试件Y方向两侧面的钢制连接板，钢制连接板上均安装拉力螺栓，在四块钢制连接板上同时安装压力传感器；压力室的顶部插入可上下移动的轴压杆；

前述的紧固装置包括布设在预制缝混凝土标准试件两侧且与压力室底部相垂直的固定钢板，在压力室底部位于预制缝混凝土标准试件的两侧分别开设凹槽，固定钢板插入凹槽内，固定钢板的中间位置预留小孔，小孔内旋入与固定钢板垂直布设的钢轴，钢轴的顶端与预制缝混凝土标准试件相接触；固定钢板上安装有横向温度传感器；

在下钢制套件中间部位开设预留孔，其内连通压力室的进水管道；