單裂縫混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂試驗(yàn)

甘 磊,沈心哲,王 瑞,劉澤涵

(1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098; 2.水利部土石壩破壞機(jī)理與防控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；3.上海水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海 200434)

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單裂縫混凝土結(jié)構(gòu)水力劈裂試驗(yàn)

甘 磊1,2,沈心哲1,王 瑞3,劉澤涵1

(1.河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210098; 2.水利部土石壩破壞機(jī)理與防控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；3.上海水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,上海 200434)

針對(duì)不同強(qiáng)度單裂縫混凝土試件開展了兩組應(yīng)力狀態(tài)下的水力劈裂試驗(yàn),研究了應(yīng)力狀態(tài)、荷載施加方式對(duì)試件裂縫擴(kuò)展過(guò)程的影響,分析了裂縫擴(kuò)展路徑上縫內(nèi)水壓演化規(guī)律,擬合得到了混凝土試件臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型的定量關(guān)系式。試驗(yàn)結(jié)果表明,兩組不同應(yīng)力狀態(tài)下的試件均發(fā)生水力劈裂破壞;臨界劈裂水壓值與軸壓的差值均小于試件的劈拉強(qiáng)度值;試件水壓尖端的發(fā)展滯后于干裂縫的發(fā)展。

混凝土結(jié)構(gòu);水力劈裂;單裂縫;縫內(nèi)水壓;臨界劈裂水壓

迄今為止,世界上已經(jīng)建成了許多高混凝土壩,其中不少高混凝土壩已達(dá)200 m級(jí),甚至300 m級(jí),這些高混凝土壩常年在高壓水環(huán)境下運(yùn)行,大壩混凝土初始裂紋易損傷起裂、擴(kuò)展甚至貫穿,從而破壞壩體的整體性,威脅壩體的安全。不僅高混凝土壩存在水力劈裂問(wèn)題,抽水蓄能電站、水工隧洞、大型水閘等混凝土結(jié)構(gòu)工程也存在水力劈裂破壞的隱患[1]。目前,由于受加載設(shè)備、水密封、測(cè)試儀器等條件的限制,國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土開展室內(nèi)水力劈裂試驗(yàn)的研究較少。Reinhardt等[2]研究了混凝土裂縫內(nèi)非承壓流體流動(dòng)在靜荷載作用下對(duì)含裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)展的影響,結(jié)果表明流體的流速和流量及滲透深度非常依賴裂紋的寬度。Brühwiler等[3-4]對(duì)三種不同級(jí)配混凝土試件進(jìn)行了試驗(yàn),研究混凝土裂紋內(nèi)水壓對(duì)混凝土斷裂性能和斷裂過(guò)程區(qū)的影響及時(shí)間對(duì)斷裂過(guò)程區(qū)內(nèi)水壓的影響。Slowik等[5]對(duì)混凝土材料在動(dòng)態(tài)荷載作用下考慮裂縫內(nèi)水壓開展試驗(yàn)研究,定性分析了裂紋張開速度對(duì)裂紋內(nèi)部水壓分布的影響。徐世烺等[6]采用楔入式緊湊拉伸混凝土試件,對(duì)靜水作用下裂縫擴(kuò)張長(zhǎng)度以及縫內(nèi)水壓力的分布擴(kuò)展進(jìn)行了研究,但受水密封裝置的限制,其研究水壓未超過(guò)0.4 MPa。賈金生等[7-8]開展了全級(jí)配混凝土圓筒試件在單軸拉、壓應(yīng)力作用下的高壓水劈裂模擬試驗(yàn),研究高水壓對(duì)裂縫擴(kuò)展的影響,但試驗(yàn)不能測(cè)定裂縫擴(kuò)展過(guò)程中的裂縫開度和縫內(nèi)水壓變化規(guī)律。甘磊等[9]進(jìn)行了無(wú)拉壓應(yīng)力、壓應(yīng)變條件下的單裂縫混凝土試件水力劈裂試驗(yàn),針對(duì)I型裂縫測(cè)定裂縫擴(kuò)展過(guò)程中的縫內(nèi)水壓分布。李宗利等[10]從流體質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒原理出發(fā),假定水力劈裂裂縫形態(tài)為半橢圓形,推導(dǎo)了任意時(shí)刻縫內(nèi)水壓分布微分方程式。黃云等[11]針對(duì)裂縫內(nèi)水壓呈矩形、三角形等分布形式,對(duì)裂縫的開展情況和壩體應(yīng)力特征進(jìn)行了研究。游茂源等[12]研發(fā)了一種新型密封裝置,進(jìn)行了不同加載速率下的混凝土水力劈裂試驗(yàn),得到了縫內(nèi)水壓分布規(guī)律,結(jié)果表明,裂縫開口寬度相同時(shí)動(dòng)荷載作用下裂縫擴(kuò)展路徑上相同位置的水壓較靜荷載時(shí)要小。

本文從混凝土壩的水力劈裂和地下結(jié)構(gòu)的劈裂涌水等單裂縫的水力劈裂問(wèn)題出發(fā),針對(duì)4組不同強(qiáng)度混凝土試件進(jìn)行無(wú)拉壓應(yīng)力及壓應(yīng)力條件下的混凝土單裂縫水力劈裂試驗(yàn),研究在不同應(yīng)力狀態(tài)、不同水壓加載路徑和不同荷載施加方案下不同強(qiáng)度混凝土試件的破壞形態(tài)和臨界劈裂水壓變化規(guī)律,分析加載路徑、軸向應(yīng)力、混凝土強(qiáng)度等因素對(duì)混凝土試件水力劈裂裂縫擴(kuò)展的影響,探討縫內(nèi)水壓演變規(guī)律,并擬合得到臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置包括水-固-熱耦合試驗(yàn)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)、水壓量測(cè)系統(tǒng)和水壓密封裝置[13]。耦合試驗(yàn)系統(tǒng)由主機(jī)加載系統(tǒng)、液壓泵站、溫控系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、控制柜以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成(圖1),最大軸力可達(dá)2 000 kN,最高滲透水壓為3.0 MPa,最大圍壓為40 MPa。

圖1 耦合試驗(yàn)系統(tǒng)

1.2 試件制備

試件材料采用的細(xì)骨料為河砂,粗骨料為青碎石,最大粒徑為30 mm,水泥為普通硅酸鹽水泥,分批澆筑4組不同配合比的混凝土試件,4組試件材料配合比見表1。含預(yù)制單裂縫的試件如圖2所示,預(yù)制裂縫為貫穿裂縫,長(zhǎng)、寬、厚分別為150 mm、50 mm和2 mm,試樣側(cè)面導(dǎo)出的耐高壓水管直徑為4 mm,3個(gè)預(yù)留孔中心離裂縫尖端的距離分別為10 mm、25 mm和40 mm。試驗(yàn)材料參數(shù)按照SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)定,測(cè)得的主要參數(shù)見表1。

表1 混凝土材料參數(shù)

圖2 試件示意圖(單位:mm)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在實(shí)際工程中,Ⅰ型裂縫是最危險(xiǎn)的,在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,裂縫擴(kuò)展將趨向于Ⅰ型裂縫占優(yōu)的方向,本次針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)Ⅰ型單裂縫試件進(jìn)行試驗(yàn),研究不同應(yīng)力狀態(tài)、不同水壓加載路徑方案下不同強(qiáng)度混凝土試件的水力劈裂破壞過(guò)程,分析加載路徑、軸向應(yīng)力及混凝土強(qiáng)度等對(duì)水力劈裂裂縫擴(kuò)展的影響。根據(jù)試驗(yàn)需要,共設(shè)計(jì)了2組試驗(yàn)方案:

圖3 混凝土試件受力示意圖(單位:mm)

第Ⅰ組:無(wú)拉壓應(yīng)力條件下混凝土單裂縫水力劈裂試驗(yàn)(圖3(a))。對(duì)于各強(qiáng)度混凝土試件分別取①～③ 號(hào)試件進(jìn)行試驗(yàn),不考慮軸壓的作用(σ1=0 MPa),通過(guò)電調(diào)壓力泵以某設(shè)定的加載速率從0 MPa開始逐步增加水壓力,直至混凝土試件被高壓水劈裂破壞為止。發(fā)生水力劈裂破壞時(shí),其劈裂面有水噴射出來(lái),水壓值突然大幅下降,試驗(yàn)結(jié)束。記錄整個(gè)加載過(guò)程水壓值、測(cè)量裂縫內(nèi)水壓值以及應(yīng)變值。

第Ⅱ組:壓應(yīng)力條件下混凝土單裂縫水力劈裂試驗(yàn)(圖3(b))。按試驗(yàn)加載方式可分為兩種,第1種(①～③ 號(hào)試件):以某設(shè)定的速率增大軸壓,當(dāng)軸壓增大到設(shè)定值時(shí),穩(wěn)定軸壓,開始逐步增大水壓,直至試件被劈裂破壞為止;第2種(④號(hào)試件):先逐步增大某設(shè)定軸壓時(shí),穩(wěn)定軸壓,逐步增大水壓至某設(shè)定水壓值后,穩(wěn)定水壓,開始緩慢減小軸壓,直至混凝土試件發(fā)生劈裂破壞為止。

1.4 試驗(yàn)加載過(guò)程

試驗(yàn)需要施加的荷載有水壓p和軸壓σ。水壓可以通過(guò)電調(diào)壓力泵按所需的加載速率控制,軸壓可以通過(guò)荷載和位移兩種方式進(jìn)行伺服控制。

1.4.1 第Ⅰ組試驗(yàn)

以第①組強(qiáng)度的混凝土試件為例來(lái)說(shuō)明試驗(yàn)加載過(guò)程。對(duì)于試驗(yàn)Ⅰ-①-1,施加的初始水壓為零,按照0.01 MPa/min左右的加載速率,不斷增大水壓,當(dāng)水壓增加到1.25 MPa時(shí),水壓驟降至零附近,混凝土試件發(fā)生劈裂破壞,劈裂面有水射出,并伴隨有破裂聲;對(duì)于試驗(yàn)Ⅰ-①-2,施加的初始水壓為零,按照0.02 MPa/min左右的加載速率,不斷增大水壓,當(dāng)水壓增加到1.00 MPa時(shí),恒定水壓3 600 s,然后以0.01 MPa/min左右的加載速率緩慢增大水壓,當(dāng)水壓增加到1.40 MPa時(shí),混凝土試件發(fā)生水力劈裂破壞;對(duì)于試驗(yàn)Ⅰ-①-3,施加的初始水壓為零,以0.03 MPa/min左右的水壓加載速率增大水壓,當(dāng)水壓加載至1.10 MPa時(shí),恒定水壓3 600 s,再以0.01 MPa/min左右的加載速率緩慢增大水壓,當(dāng)水壓增加到1.32 MPa時(shí)試件破壞。Ⅰ-①組試驗(yàn)水壓加載過(guò)程線如圖4所示。

圖4 Ⅰ-①組試驗(yàn)水壓加載過(guò)程線

1.4.2 第Ⅱ組試驗(yàn)

以第①組強(qiáng)度的混凝土試件為例來(lái)說(shuō)明試驗(yàn)加載過(guò)程。對(duì)于試驗(yàn)Ⅱ-①-1至Ⅱ-①-3,先緩慢施加軸壓,將軸壓分別加載至0.2 MPa、0.5 MPa和1.0 MPa時(shí),穩(wěn)定軸壓一段時(shí)間后,逐漸增大水壓,直至試件發(fā)生水力劈裂破壞;對(duì)于試驗(yàn)Ⅱ-①-4,先以0.05 MPa/min的速率施加軸壓,軸壓加載至1.0 MPa時(shí),穩(wěn)定軸壓一段時(shí)間,再以0.01 MPa/min左右的加載速率緩慢施加水壓,當(dāng)水壓增加至2.10 MPa時(shí),穩(wěn)定水壓3 600 s,再以0.05 MPa/min的速率緩慢減小軸壓,當(dāng)軸壓減小至0.81 MPa時(shí),水壓驟降至零附近,試件發(fā)生水力劈裂破壞。Ⅱ-① 組試驗(yàn)水壓加載過(guò)程線如圖5所示。

圖5 Ⅱ-①組試驗(yàn)水壓加載過(guò)程線

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試件破壞形式

速寶玉等[14]針對(duì)兩組不同孔徑的空心圓柱水泥砂漿試件進(jìn)行的水力劈裂試驗(yàn)表明,圓柱水泥砂漿試件破壞形式為水力劈裂破壞形式。本文兩組不同應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)方案,其試件破壞時(shí)劈裂面有水噴射出來(lái),并伴隨有破裂聲,其水壓驟降至零附近,每組試驗(yàn)完成后,均拆卸水密封裝置,將試驗(yàn)后的試件取出,發(fā)現(xiàn)試件裂縫的擴(kuò)展形式基本一致:自預(yù)制裂縫尖端沿初始裂縫方向向外擴(kuò)展,劈裂面與預(yù)制裂縫面基本處于同一平面上。試件裂縫的擴(kuò)展路徑如圖6所示。劈裂試件外觀如圖7所示,故判定本次試驗(yàn)試件均為水力劈裂破壞形式。

圖6 試件裂縫擴(kuò)展路徑

圖7 劈裂試件外觀

2.2 臨界劈裂水壓分析

在混凝土試件破壞的瞬間,裂縫擴(kuò)展至臨空面,水壓會(huì)突然下降至零附近,可將水壓驟降時(shí)刻作為水力劈裂發(fā)生時(shí)刻,對(duì)應(yīng)的水壓即為水力劈裂的臨界劈裂水壓。截取試件Ⅰ-①-1的部分水壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在7 482 s時(shí),水壓值為1.25 MPa,在7 485 s時(shí),水壓突然降至接近0.043 MPa,接近零。因此,認(rèn)為該試件在7 482～7 485 s之間發(fā)生了水力劈裂破壞。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔為3 s,故近似認(rèn)定試件Ⅰ-①-1在7 482 s時(shí)發(fā)生水力劈裂破壞,臨界劈裂水壓值為1.2 MPa。4組不同強(qiáng)度混凝土試件水力劈裂試驗(yàn)測(cè)定的各工況下試件臨界劈裂水壓值如表2所示。

從表2可看出,在無(wú)拉壓應(yīng)力條件下的I組試驗(yàn),4組不同強(qiáng)度混凝土試件的臨界劈裂水壓均小于其劈拉強(qiáng)度,依次小了8.9%、11.9%、15.8%和18.1%;在壓應(yīng)力條件下,各組混凝土的臨界劈裂水壓與軸壓的差值亦均小于其劈拉強(qiáng)度4.8%～17.3%。分析表明,試件在縫內(nèi)水壓和軸壓作用下,裂縫尖端會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,使得各組混凝土的臨界劈裂水壓與軸壓的差值小于其劈拉強(qiáng)度。

表2 試件臨界劈裂水壓 MPa

2.3 影響因素分析

2.3.1 荷載施加方案的影響

對(duì)于無(wú)拉壓應(yīng)力條件下混凝土水力劈裂試驗(yàn),設(shè)計(jì)了3種不同的水壓加載速率;對(duì)于壓應(yīng)力條件下混凝土水力劈裂試驗(yàn),設(shè)計(jì)了固定軸壓、施加水壓和固定水壓、施加軸壓兩種荷載施加方案。試驗(yàn)結(jié)果表明,同一組工況下不同水壓加載路徑試件試驗(yàn)得到的臨界劈裂水壓值基本一致,最大誤差為6.6%。因此,認(rèn)為當(dāng)軸壓與裂縫面垂直時(shí),混凝土試件是否發(fā)生水力劈裂破壞主要取決于發(fā)生破壞時(shí)所處的應(yīng)力狀態(tài),而與達(dá)到該應(yīng)力條件的應(yīng)力路徑基本無(wú)關(guān)。

2.3.2 軸壓的影響

對(duì)各組混凝土的臨界劈裂水壓和軸壓數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到4組不同強(qiáng)度混凝土試件的臨界劈裂水壓與軸壓的擬合關(guān)系式如下:

(1)

擬合得出關(guān)系曲線如圖8所示。由圖8可以看出,當(dāng)混凝土試件劈拉強(qiáng)度一定時(shí),臨界劈裂水壓值與軸壓基本呈線性關(guān)系,軸壓越大,試件發(fā)生水力劈裂破壞時(shí)所需的水壓值越大,即臨界劈裂水壓值越大。

圖8 臨界劈裂水壓-軸壓擬合曲線

2.3.3 混凝土強(qiáng)度的影響

在軸壓恒定的情況下,擬合各組混凝土的臨界劈裂水壓-劈拉強(qiáng)度數(shù)據(jù),得到4種不同軸壓情況下的臨界劈裂水壓和劈拉強(qiáng)度的擬合關(guān)系式如下:

(2)

圖9為軸壓一定情況下的臨界劈裂水壓與劈拉強(qiáng)度擬合曲線。由圖9可知,在軸壓一定的情況下,混凝土試件的劈拉強(qiáng)度越高,其臨界劈裂水壓值越大,兩者基本呈線性關(guān)系。

圖9 臨界劈裂水壓-混凝土劈拉強(qiáng)度擬合曲線

2.3.4 臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型

基于上述分析,假定臨界劈裂水壓pc與混凝土劈拉強(qiáng)度f(wàn)t、軸壓σ之間關(guān)系的線性回歸模型為

pc=aft+bσ+c

(3)

由于當(dāng)ft=σ=0時(shí),pc=0,故可得出c=0,即臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型為

pc=aft+bσ

(4)

根據(jù)最小二乘法原理,計(jì)算得到臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型(圖10)為

pc=0.856ft+1.088σ

(5)

當(dāng)σ=0 MPa時(shí),即表示無(wú)拉壓應(yīng)力條件下試件臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型為pc=0.856ft。

圖10 混凝土臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型

2.4 縫內(nèi)水壓分布分析

以試驗(yàn)Ⅰ-①-1為例,與裂縫尖端距離分別為0 mm、10 mm、25 mm和40 mm處的水壓傳感器測(cè)值隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖11所示。由圖11可知:隨著施加在裂縫面水壓的增大,裂縫開始張開,壓力水進(jìn)入擴(kuò)展裂縫中,當(dāng)裂縫擴(kuò)展到預(yù)埋孔位置時(shí),壓力傳感器開始有測(cè)值變化,圖中標(biāo)記的數(shù)字是水壓傳感器與預(yù)設(shè)縫尖端的垂直距離,用于分析裂縫的擴(kuò)展情況。

圖11 試驗(yàn)Ⅰ-①-1水壓傳感器測(cè)值曲線

由圖11可以看出,在水壓較小的情況下,裂縫不張開,水壓傳感器的測(cè)值均為零。當(dāng)水壓不斷升高,在試驗(yàn)進(jìn)行到t=4 170 s時(shí),離裂縫尖端10 mm的第一個(gè)傳感器開始有測(cè)值。隨著水壓的進(jìn)一步升高,裂縫張開寬度逐漸增大,壓力水進(jìn)入擴(kuò)展的裂縫中,當(dāng)裂縫寬度增大至某一臨界值時(shí),裂縫內(nèi)的水壓基本達(dá)到全水頭;隨著裂縫的進(jìn)一步發(fā)展,在t=5 514 s時(shí),離裂縫尖端25 mm的第2個(gè)傳感器有測(cè)值變化,裂縫擴(kuò)展到此,隨著裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展,此位置的裂縫寬度逐漸增至裂縫臨界寬度,裂縫內(nèi)水壓為全水頭分布;在t=7 176 s時(shí),離裂縫尖端40 mm位置處的第3個(gè)傳感器開始有測(cè)值變化,并不斷增大,直至t=7 472 s時(shí)混凝土試件發(fā)生破壞,水流從劈裂面噴射出來(lái),水壓突然降至零附近,水壓傳感器的測(cè)值也隨后驟降至零。

通過(guò)不同裂縫擴(kuò)展位置處的水壓測(cè)值數(shù)據(jù)分析,可以得到裂縫擴(kuò)展過(guò)程中縫內(nèi)水壓的演變規(guī)律:水壓尖端的發(fā)展明顯滯后于干裂縫的擴(kuò)展,這是由于在干裂縫形成初期,裂縫張開較小,壓力水尚未能進(jìn)入裂縫,待裂縫張開到一定值時(shí),壓力水進(jìn)入裂縫,隨著裂縫的不斷擴(kuò)展,當(dāng)裂縫寬度超過(guò)其裂縫臨界寬度,水壓增加至全水頭。試驗(yàn)測(cè)定的縫內(nèi)水壓演變規(guī)律與速寶玉等[14]的試驗(yàn)結(jié)果及方修君等[15]的數(shù)值模擬結(jié)果吻合。

3 結(jié) 論

a. 試件因水力劈裂發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞時(shí),縫內(nèi)水壓突然降至零附近,劈裂面有水噴射出來(lái),并伴隨有破裂聲,試件裂縫的擴(kuò)展形式基本一致,自裂縫尖端沿初始裂縫方向向外擴(kuò)展,劈裂面與預(yù)制裂縫面基本處于同一平面上。

b. 在縫內(nèi)水壓和軸壓作用下,試件裂縫尖端會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中,使得各組混凝土的臨界劈裂水壓與軸壓的差值小于其劈拉強(qiáng)度。

c. 當(dāng)軸壓與裂縫面垂直時(shí),混凝土試件是否發(fā)生水力劈裂破壞主要與發(fā)生劈裂時(shí)裂縫所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān);在試件劈拉強(qiáng)度一定情況下,臨界劈裂水壓值與軸壓呈線性關(guān)系;在軸壓一定情況下,試件劈拉強(qiáng)度越高,臨界劈裂水壓值越大,兩者呈線性關(guān)系;通過(guò)多元線性回歸分析可得臨界劈裂水壓預(yù)測(cè)模型為pc=0.856ft+1.088σ。

d. 水壓尖端的發(fā)展滯后于干裂縫的擴(kuò)展,干裂縫形成初期裂縫張開較小,壓力水尚未能進(jìn)入裂縫,待裂縫張開到一定值時(shí),壓力水進(jìn)入裂縫,隨著裂縫的不斷擴(kuò)展,當(dāng)裂縫寬度超過(guò)其裂縫臨界寬度,水壓增加至全水頭。

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Hydraulic fracturing test of concrete structures with single crack

GAN Lei1,2, SHEN Xinzhe1, WANG Rui3, LIU Zehan1

(1.State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2.Key Laboratory of Failure Mechanism and Safety Control Techuiques of Earth-Rock Dam of the Ministry of Water Resources, Nanjing 210098, China; 3.Shanghai Investigation, Design & Research Institute Co., Ltd., Shanghai 200434, China)

Two groups of hydraulic fracturing tests were carried out on concrete specimens of different strengths with a single initial crack under different stresses. The effects of stress state and loading pattern on the crack propagation process of concrete specimens were studied. The evolution law of water pressure within crack along the crack propagation path was analyzed, and the quantitative relation for the critical fracturing pressure prediction model of concrete specimens was obtained. Results show that damages induced by hydraulic fracturing occurred to the two groups of specimens under different stresses. Besides, the differences between the critical fracturing pressure and axial pressure of the two groups of specimens were less than the splitting strength of the specimens, and the development of the sharp cutting edge under water pressure lagged behind that of the dry crack.

concrete structure; hydraulic fracturing; single crack; water pressure within crack; critical fracturing pressure

國(guó)家自然科學(xué)基金(51609073);水利部土石壩破壞機(jī)理與防控技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)開放基金(YK915007);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2014B11914)

甘磊(1987—),男,講師,博士，主要從事水工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析研究。E-mail: ganlei2015@hhu.edu.cn

10.3880/j.issn.1006-7647.2017.04.006

TV331

A

1006-7647(2017)04-0030-06

2016-08-19 編輯：鄭孝宇)