1.一种模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验装置,其特征在于:包括模具、钢片、测压导管、应变片、密封装置、弯矩施加装置、水压力供给装置和测量采集仪器;
模具用于混凝土试件的制作,混凝土试件具有预制裂缝;
模具包括底板和四个侧壁,四个侧壁与底板围合形成中心容腔,中心容腔的形状与混凝土试件的形状相同;
模具的两个位置相对应的侧壁顶部各设置有一条竖向开口;钢片能放置于两条竖向开口中并能从两条竖向开口中移除;
未设置有竖向开口的其中一个模具侧壁上设置有若干个孔洞;若干个孔洞的高度均不相等,位置最高的孔洞高度低于竖向开口的底部高度;每个孔洞内均设置有一根伸入模具中部的测压导管,每根测压导管内均设置有一根位置固定且能移除的钢棒;
应变片粘贴固定在混凝土试件上,用于测试混凝土试件的垂直裂缝方向应变;
密封装置,用于将粘贴有应变片的混凝土试件进行密封;密封装置顶部中心设置有进水孔,该进水孔能与混凝土试件的预制裂缝相连通;
弯矩施加装置包括万能试验机、上钢座和下钢座;上钢座与下钢座同轴设置,上钢座与万能试验机相连接,高度能够升降;下钢座能通过铰支座与设置有进水孔的密封装置端面相连接;
水压力供给装置包括电调压力泵、引水管、输入端水压传感器和若干个输出端水压传感器;引水管的一端伸入密封装置的进水孔内,引水管的另一端与电调压力泵相连接,输入端水压传感器设置在引水管中部,每个测压导管均连接一个输出端水压传感器;
输入端水压传感器、每个输出端水压传感器和应变片均与测量采集仪器相连接。
2.根据权利要求1所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验装置,其特征在于:所述钢片一侧设置有打磨刃口。
3.根据权利要求1所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验装置,其特征在于:所述模具内壁面以及钢片两侧面均涂布有脱模剂。
4.根据权利要求1所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验装置,其特征在于:未设置有竖向开口的其中一个模具侧壁上设置有五个孔洞,五个孔洞均位于同一条竖直直线上,五个孔洞的孔间距相等。
5.根据权利要求4所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验装置,其特征在于:五个孔洞的孔间距均为15mm,位置最高的孔洞与竖向开口底部之间的垂直距离为10mm。
6.一种模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1,制模:准备一个无盖且中空的长方体模具,在长方体模具的两个位置相对应的侧壁顶部各设置一条竖向开口,在未设置有竖向开口的其中一个长方体模具侧壁上开设若干个孔洞;若干个孔洞的高度均不相等,位置最高的孔洞高度低于竖向开口的底部高度;
步骤2,混凝土试件浇筑:将钢片插入并放置在步骤1中的两条竖向开口中,每个孔洞内均埋置一根伸入长方体模具中部的测压导管,每根测压导管内均插入一根位置固定且能移除的钢棒;
然后,搅拌混凝土,将搅拌均匀的混凝土浇入长方体模具的中空容腔内,并振捣密实,等待2-3小时后拔出钢片,形成混凝土试件的初始裂缝;在浇筑24小时后,将混凝土试件进行脱模与养护,拔出测压导管内的钢棒,进行养护;
步骤3,装样:在步骤2养护完成的混凝土试件侧壁上粘贴固定应变片,然后将粘贴有应变片的混凝土试件放置在密封装置内,使混凝土试件的初始裂缝与密封装置顶部的进水孔相连通;然后,将水压力供给装置中的引水管插入进水孔内,并密封固定;输出端水压传感器分别与对应的测压导管相连接;最后,将应变片、输入端水压传感器和每个输出端水压传感器依次与测量采集仪表相连接;水压力供给装置能施加垂直于预制裂缝表面的水平向压力;
步骤4,试验:将步骤3装样完成的密封装置倒置,使密封装置的进水孔朝下,然后,将倒置后的密封装置底部通过铰支座与下钢座相连接,将弯矩施加装置中的上钢座与万能试验机相连接,通过万能试验机施加轴压,轴压会通过上钢座和下钢座转化成弯矩;通过该弯矩与水平向压力的组合,即能实现重力坝坝踵应力状态的真实模拟;水压力供给装置提供水压,应变片、输入端水压传感器和输出端水压传感器依次实时测量混凝土试件的变形特征、电调压力泵的水压输出值以及混凝土试件内部的水压力;测量采集仪表将应变片、输入端水压传感器和输出端水压传感器的实时测量数据进行采集与记录;
步骤5,水力劈裂分析:通过改变水压力供给装置供给的水压和弯矩施加装置施加的轴压,进行若干次试验,直至混凝土试件被破坏;测量采集仪表将每次试验的实时测量数据均进行采集与记录,从而便于对重力坝坝踵处的水力劈裂机理进行分析。
7.根据权利要求6所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验方法,其特征在于:所述步骤2中,钢片在插入两条竖向开口之前,钢片的一侧先进行打磨并涂布脱模剂。
8.根据权利要求6所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验方法,其特征在于:所述步骤2中,搅拌均匀的混凝土在浇入长方体模具之前,长方体模具内壁均涂布有脱模剂。
9.根据权利要求6所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验方法,其特征在于:所述步骤1中,长方体模具的长宽高分别为300*150*150mm,未设置有竖向开口的其中一个模具侧壁上设置有五个孔洞,五个孔洞均位于同一条竖直直线上,五个孔洞的孔间距相等且均为15mm,位置最高的孔洞与竖向开口底部之间的垂直距离为10mm。
10.根据权利要求6所述的模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验方法,其特征在于:
所述步骤3中,在混凝土试件的两个相对应的侧壁上各粘贴固定四片应变片,混凝土试件同一侧壁上的四片应变片均沿初始裂缝的延伸方向呈一条直线布置,最顶部的一片应变片布置在初始裂缝的底部处,四片应变片之间的净距依次为5mm、8mm和10mm。