水泥砂浆水力劈裂试验研究
第25卷 增1
岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.1
2006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006
收稿日期：2005–08–10；修回日期：2005–12–02
基金项目：国家自然科学基金重点项目(50239070)；南京水利科学研究院青年基金资助项目(Y10402)
作者简介：速宝玉(1936–)，1958年毕业于华东水利学院河川水工结构专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩土工程渗流及其控制方面的研究工作。E-mail ：iamxiexh@https://www.sodocs.net/doc/4211133794.html,
水泥砂浆水力劈裂试验研究
速宝玉1，谢兴华2，王国庆3
(1. 河海大学 水电学院，江苏 南京 210098；2. 南京水利科学研究院 水工水力学研究所，江苏 南京 210029；
3. 浙江省钱塘江管理局，浙江 杭州 310016)
摘要：选用水泥砂浆作为试验材料，研究其在水力劈裂条件下的破坏特征。制作空心圆柱试件，在三轴渗流应力耦合试验仪上进行水力劈裂破坏试验，得到试件破坏时的应力状态没有满足整体的破坏条件。对此做了详细研究，认为之所以出现这种情况是因为材料不均匀。材料的不均匀引起了试件内部应力场分布不均匀。在处于高应力的某些点上，首先达到破坏条件(拉剪破坏条件)，出现微裂纹。微裂纹出现以后，应力集中显著，微裂纹沿裂尖继续扩展，直到整体劈裂，试件破坏。文中建议用材料非均匀系数描述这种非均质材料的破坏特性。非均质系数越大，材料发生低应力状态破坏的可能性越大。
关键词：水利工程；水力劈裂；试验研究；非均值材料；非均质系数
中图分类号： TV 31 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–2952–06
HYDRAULIC FRACTURE TEST ON CEMENT AND SAND MORTAR
SU Baoyu 1，XIE Xinghua 2，WANG Guoqing 3
(1. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering ，Hohai University ，Nanjing ，Jiangsu 210098，China ； 2. Department of Hydraulic Engineering ，Nanjing Hydraulic Research Institute ，Nanjing ，Jiangsu 210029，China ；
3. Qiantang River Directorial Bureau ，Hangzhou ，Zhejiang 310016，China )
Abstracts ：Hollow columns were made with sand-cement grout as test samples ，on which the failure characteristic was studied in the condition of tri axis hydraulic fracturing. The samples were tested on tri axis seepage-stress coupled test apparatus. The data from test show that the stress states did not meet the failure criterion when samples failure. That phenomenon was studied in detail. The result that it was the asymmetry of the sample material leads to the stress field asymmetry. And local high stress can make sample failure from the local spot. Then stress concerctration happened in the failure spot ，which focused on the fracture tip. And then the fracture development was induced. Finally the sample damaged entirely. A new concept ，inhomogeneous coefficient ，was set up to be used to describe the phenomenon of brittle materials failure in low stress level. For any brittle materials ，the larger the inhomogeneous coefficient is ，the larger the possibility of failure in low stress level is. Key words ：hydraulic engineering ；hydraulic fracture ；test study ；inhomogeneous material ；inhomogeneous coefficient
1 引 言
我国西部高山峻岭，水量丰富，蕴藏着丰富的
水利资源，在一些合适的地址开一条不长的引水隧洞就能获得几百米水头。开发这些既经济又清洁的水能资源面临着许多要解决的理论和技术问题。其中之一是高水头对混凝土结构衬砌体的水力劈裂问
第25卷 增1 速宝玉等. 水泥砂浆水力劈裂试验研究 ? 2953 ?
题。
M. K. Hubbert 和D.G .Willis [1]认为，无论液体是否渗入岩体中，开裂面总是沿垂直于小主应力方向。在实验室中，B. Haimson 得到不透水岩石在周压3σ作用下的水力劈裂值：
3
2σ′+=?t p R u (1) 在20世纪80年代，L. Bjerrum 等[2]、R. A. Decker 和S. P. Clemence 分别用模型试验得到并证实了劈裂发生时注入水压与围压的关系，即
?????????
′+?+′?+?=?′+?+′????
??
??=?))1((])2[()1())1( (])1[(110f 0
0f 0f t 0
f σβσαβσσβσαK u R K v u K u R K v u t ＞ (2) 式中：0
σ′和0σ′K 分别为垂直和水平应力，K 为水平应力系数。
关于水力劈裂沿最小主应力面产生的概念，是在用水力劈裂方法进行地应力测量的实践中逐步认识到的。起初人们认为水压u ≥3σ+C ，而c (黏聚力)很小，可以忽略，因此有u ≥3σ。L. Bjerrum 和H. Andersen 的试验在水里加了荧光粉，试验后利用暗室技术拍摄到了垂直裂纹的痕迹，证明了水力劈裂沿最小主应力面产生，而水压降低后裂缝闭合的观点。
G . W. Jaworski 等在进行Teton 坝失事原因调查时，在常规三维条件下进行了立方体劈裂试验。提出如下经验公式：
ta 3if R m u +=σ (3)
式中：5.1=m ～1.8，ta R 为视在抗拉强度。孙亚 平[3]的试验证实了参数m 在应力路径清楚的条件下，是可以确定的。该试验还提出了区分孔内表面力与渗透体积力分别加载的方案，这一点具有创新意义。
朱建华[4]的试验研究了不同水压进口形状下的水力劈裂现象，认为水力劈裂的性质既不是一点破坏导致整体破坏，也不是整体达到极限出现的破坏形式。
上面的研究提出了关于含水量、密度、孔径、渗透系数等对水力劈裂的影响，对于进一步研究水力劈裂问题很有启发。
C. M. Kim 和H. H. Abass [5]在石膏长方体试块上作室内真三轴水力劈裂试验。试件尺寸为150 mm ×150 mm ×250 mm ，水与石膏的重力比为0.32，在55 ℃条件下干燥7 d 。在第2，3主应力平面内，与第3主应力成不同角度布置5个方向的压水孔，研究主应力方向对劈裂方向的影响。试验完成后，将试件切片，观察裂缝的发育状况。试件内注入油液，且染成红色。
试验控制注油流速在40 cc/min(8 MPa/min)，研究裂缝的起始压力。试件内产生一条裂缝，且平行于钻孔轴向。试验还有2个试件注油流速为60
cc/min(24 MPa/min)，研究裂缝扩展情况。文中给出了随偏转角的变化各个试件内裂缝的起始压力和扩展压力的变化趋势图。
试验中采用倾斜钻孔的方法，在孔内加载水压力，就必然导致材料内部应力状态方向的改变，这将很难精确研究单个应力改变对劈裂的影响，即应力边界条件不明确。虽然得到了一些有意义的结论，但还不能上升到定量研究的高度。
F. S. John 等[6]在石膏基质材料上钻孔，在孔内用控制爆破的方法获得能量，研究基质裂缝的形式与一些量的关系。文中得出几个主要结论，加载速率对裂缝的形式影响很大。高速加载形成多条裂缝，低速加载形成少数几条，或者形成单条裂缝。裂纹的扩展是因为气体的楔劈作用。试验加载用爆破气体，虽然做了控制，仍然比较粗略，很难精确控制加载速率，因此只能定性研究加载速率与裂缝形式的关系。
国内的试验研究主要是针对土坝心墙的破坏机制研究，进行的一些土体试件的水力劈裂试验。在这些试验中，严格控制试件的边界条件，采用单因素变化，研究其对水力劈裂的影响。其中得出的一个有意思的结论是，试件的破坏有两种形式并存。
即水力劈裂和塑性屈服两种可能性并存，最终的破
坏形式与大小主应力比31/σσ有关，但没有给出定量关系。
陈 勉等[7]采用一个大尺寸真三轴模拟系统模拟地层条件，对天然和人工立方体岩样进行水力劈裂破坏试验。能够检测裂缝扩展的实际过程。主要讨论了地应力、断裂韧性、节理和天然裂缝等因素对水力劈裂的影响。试验中对裂缝的检测是采用声发射方法，能够实时监测声波速度的变化，这种变化只能说明裂缝扩展，不能确定裂缝扩展的具体位置，也不能显示裂缝的扩展方向，对水力劈裂的影响也只能定性的说明影响存在，而不能达到定量的程度。
岩石的渗透性是与它所处的应力状态密切相关
≤
? 2954 ? 岩石力学与工程学报 2006年
的，渗透性的强弱又反过来影响岩体内渗透梯度的
分布。因此研究二者之间的关系是重要的也是比较
复杂的。张守良等[8]在美国TerraTek公司生产的高
温高压三轴试验仪上，模拟油井应力状态作了高压
渗透性试验，得出如下结论：对于疏松的高渗砂岩，
随围压应力水平增加，渗透性近似呈线性降低，岩
样屈服及破坏对渗透性影响不明显；而对于一般渗
透水平的岩样，随应力水平增加，渗透率开始呈线
性降低并趋于平缓，岩样接近屈服状态时渗透率急
剧降低。破坏后，渗透率又急剧增大。
从收集到的资料可以看出，水力劈裂的影响因
素是复杂的，加上试验的困难和测试技术的不完善，致使到目前为止尚没能系统地将水力劈裂机制和影响因素全面地表述清楚，尤其是岩体(脆、弹塑性材料)的水力劈裂问题。只有通过不断的点滴工作积累加深认识和理论分析，才有望将这一复杂而对安全又至关重要的问题逐步科学地解决。
2 试验设备及试件简介
本试验使用的试验设备为河海大学渗流实验室和成都市伺服液压设备有限公司合作研究、设计、制造的超高压(多路控制)大流量渗透仪及渗流应力耦合系统。该系统由超高压(多路控制)大流量渗透仪和超高压渗流应力耦合试验系统两部分组成。水力劈裂试验使用后者。
设备由压力泵、液压稳压控制系统、油水转换控制系统和试验台等组成。试验台有两部分，一部分是渗透试验台，用于高压渗透试验；另一部分是渗流应力耦合试验台，用于材料的高压渗流应力耦合试验。两试验台共用压力控制系统。
液压控制系统为试验台提供压力0～31.5 MPa，不间断流量20 L/min一路，2 L/min五路。
2.1 渗流应力耦合试验台结构
试验台由四柱承力架、压力室底座、压力室上下传力板、传力柱、荷重传感器、60 t液压千斤顶、位移传感器、压力传感器等组成，见图1。
2.2 试件制备
本试验所用试件为空心厚壁圆筒。几何尺寸见图2，高h = 20 cm，外半径b = 5 cm、内半径a = 0.5 cm。试件材料为水泥砂浆，砂子采用河砂，经过筛分，粒径为0.6～2.0 mm，水泥采用325#普通硅酸盐水泥。根据建筑用砌筑砂浆设计规范确定配比为：m水泥∶m砂子∶m水= 1∶4.93∶1.16。
(a)
(b)
图1 渗流应力耦合试验台结构图及实物照片Fig.1 Seepage stress couple test instrument and its photo
(a) (b)
图2 试件形状示意图及实物照片(白色硅胶下为应变片) Fig.2 Samples(strain piece under silica gel) and its photo
试模为铝合金两开圆筒，下底面有封盖，轴心处加铝棒。浇注试件时，先在试模内壁及中心棒上涂抹矿物油，以便于脱模。砂浆经搅拌均匀后，注入试模，用捣固棒反复捣固，将内部气泡排出后，静置24～48 h脱模。试件脱模后置于标准养护室内养护28 d后试验。
2.3 数据测定方法
第25卷增1 速宝玉等. 水泥砂浆水力劈裂试验研究 ? 2955 ? 各个压力值(孔压、围压和轴压)都可从数显表
上读取，同时可以在计算机操作程序中自动记录。计算机记录的各压力值是随时间变化的一组连续值，可以设定采样间隔，离散采样。
轴向位移由设备本身的位移传感器测定，在计算机操作程序中自动记录，也是随时间变化的一组连续值，可以设定采样间隔，离散采样。
试件圆周方向的应变，用贴应变片的方法(见图2(b))，用应变仪测读。
3 水力劈裂试验
全部试件的水力劈裂试验是分期分批在渗流实验室完成。试验工况为测定不同围压下，试件劈裂时的内水压力水平。加载方式为：首先加轴压，将试件固定于加载轴线上，然后围压和孔压同时加载，至设定围压值时，停止加载围压，孔压继续增大，直至试件劈裂。试件劈裂时，有沉闷破裂声，并伴有大量水渗出，并且孔压迅速下降至围压同等水平后同步迅速下降。这些现象说明，在试验条件下，裂缝一旦开裂，迅速扩展，直至完全开裂。试件劈裂形态见图3。
(a)
(b)
图3 试件劈裂形态图
Fig.3 Form of sample being hydraulic fractured 4 试验结果分析
表1数据显示，试验条件下获得的数据
θ
σ不能满足最小拉应力准则，即不满足宏观应力为达到抗拉强度，不满足拉破坏条件。下面考察是否满足其他破坏准则。
表1 试件劈裂时的压力及应力
Table 1 Fractured pressure and stress of samples
试件编号
围压
/MPa
孔压
/MPa
轴压
/kN
σz/σ1.σr/σ2σθ /σ3F Griffith F D–P 10–1–10.0001.11127.600 3.55 1.111 －1.13 －66.127 8 2.499 5 10–1–20.0000.98823.800 3.06 0.988 －1.01 －60.553 5 2.141 3 10–1–30.0000.95125.600 3.29 0.951 －0.97 －64.568 3 2.265 6 10–2–1 3.2154.31463.0008.10 4.314 2.09 －352.062 0 4.338 5 10–2–2 3.1304.04897.20012.50 4.048 2.19 －345.151 07.235 2 10–2–3 3.5415.06054.8007.05 5.060 1.79 －347.930 0 3.891 7 10–3–1 3.9684.66240.400 5.20 4.662 3.26 －362.350 3 2.155 2 10–3–2 4.0995.41792.60010.34 4.733 3.18 －430.813 1 6.589 0 10–3–3 4.0715.05281.60010.49 5.052 3.07 －434.087 7 5.571 9 10–3–4 4.1475.04451.333 6.60 5.044 3.23 －400.700 9 3.025 2 10–4–1 6.4607.039100.20012.89 7.039 5.87 －639.516 1 6.234 3 10–4–2 5.8769.15392.90011.95 9.153 2.53 －523.351 47.085 0 10–4–3 5.7516.81472.6009.34 6.814 4.67 －551.766 8 4.294 5注：F Griffith为Griffith破坏准则函数值，见式(4)；F D–P为Drucker- Prager破坏准则函数值，见式(5)。
4.1 Griffith准则
1921年A. A. Griffith研究脆性物体的破坏时指出：脆性物体的破坏是由物体内部存在的裂隙所决定的。由于物体内微小裂隙的存在，在裂隙尖端存在应力集中的现象，从而使裂隙扩展，以致破坏。岩石在一般条件下表现脆性，Griffith破坏准则适用于描述岩石的破坏行为。Griffith准则为二维准则，后经Murrel于1963年推广到三维空间，表达式为
?
?
+
?
+
?
=2
1
3
2
3
2
2
2
1
Griffith
)
(
)
(
)
(σ
σ
σ
σ
σ
σ
F
?
?
?
??
?
?
=
+
+
)
(
)
(
)
(
)
(
24
3
2
1
T
不破坏
＜
临界状态
破坏
＞
σ
σ
σ
R(4)
式中：
T
R为试件材料的抗拉强度(MPa)。
4.2 Drucker-Prager准则
Drucker-Prager准则适于用来描述岩石材料的等向硬化－软化性质，考虑了材料的塑性性质。它
裂缝导线
? 2956 ? 岩石力学与工程学报 2006年
的表达式是
????
???=?+=?)
(0)( 0)
(021P
D 弹性＜临界状态塑性屈服＞H J I F α (5)
式中：1I 为应力张量第一不变量，kk ij ij I σσδ==1；
2J 为应力偏张量第二不变量，ij ij s s J 2
1
2=
，kk ij ij ij s σδσ3
1
?=；α，H 均为材料参数，计算式分
别为
???
?
?
??
?=
?=
)sin 3(3cos 6)sin 3(3sin 2????
αc H (6)
式中：?为材料内摩擦角。
按照Griffith 准则和Drucker-Prager 准则计算的试件破坏应力见表1。可见，试验值不满足Griffith 准则发生脆性破坏的条件(0Griffith ＞F )；而满足
Drucker-Prager 准则发生塑性屈服的条件(0P D ＞?F )。
这意味着试件不会发生脆性破坏，应表现出宏观的塑性性质。而事实上，从试验破坏过程和图3所示的破坏形态说明试件发生的劈裂破坏不是塑性屈服，试验结果与理论预测出现了不一致。 4.3 试件的非均质系数λm
按照厚壁筒公式计算得到的应力场是宏观应力场，在宏观应力未达到试件抗拉强度的条件下，试件却发生了拉破坏(见图3)。这说明在试件的局部产生了拉应力，并且达到抗拉强度。那么拉破坏的临界值与宏观应力的差值再比上宏观应力，其比值体现了试件的材料非均质性质，因此称为材料的非均质系数，用m λ表示，即
θθσσλ/)(T m R ?= (6)
计算结果见表2。本试验中，试件非均质系数平均值为71.117 m =λ。即认为，当材料应力状态偏离理论极限值时也可能发生破坏，不均匀系数的大小，表征偏离的程度。
5 结论和讨论
通过以上试验及成果分析，可以认为在三轴应
力状态下，当宏观应力状态并未满足最小主应力准
表2 各试件的材料非均匀系数 Table 2 Material proportional index of samples
试验值/MPa
试件编号
围压
孔压
压力差
σθ /MPa λm 10–1–10.000 1.111 1.111 －1.13 0.035 4010–1–20.000 0.988 0.988 －1.01 0.158 4210–1–30.000 0.951 0.951 －0.97
0.206 19
10–2–1 3.215 4.314 1.099 2.09 1.559 8110–2–2 3.130 4.048 0.918 2.19 1.534 2510–2–3 3.541 5.060 1.619 1.79 1.653 6310–3–1 3.968 4.662 0.694 3.26 1.358 9010–3–2 4.099 5.417 1.318 3.18 1.367 9210–3–3 4.071 5.052 0.981 3.07 1.381 1110–3–4 4.147 5.044 0.897 3.23 1.362 2310–4–1
6.460
7.039 0.579 5.87 1.199 3210–4–2 5.876 9.153 3.277 2.53 1.462 4510–4–3
5.751
6.814 1.063 4.67 1.250 54
注：试件的抗拉强度为R T = 1.17 MPa ；m λ=1.117 7。
则或其他宏观破坏准则的时候，试件仍然有可能破坏。最重要的原因是由于材料的非均匀性，使得试件内部出现局部拉应力区，当局部拉应力满足破坏准则时，试件就在局部开裂，从而萌生微裂纹，微裂纹扩展导致试件整体破坏，这对于非均质材料或存在原生裂纹的混凝土和岩体应力安全是至关重要的。
试验得到了脆性材料(水泥砂浆)水力劈裂时，试件整体并未达到发生塑性破坏的条件。证明这一类材料在水力劈裂条件下的破坏有其特点。文中讨论了这一特点，认为材料的非均匀性会降低材料的整体强度，并建议用材料非均匀系数来描述这类材料的强度特征。本文提出岩石类脆性材料非均匀系数m λ，用来表征这类材料的非均匀性。这一指标从试验获得，在进行计算时可以作参考值，研究岩石材料在临界状态之前的破坏行为。
由于砂浆试块中水泥基质和砂子的强度不同。在荷载作用下，内部会产生局部应力升高的集中区。在试件(厚壁筒)内壁面的一层材料强度较弱的某点上，a q 引起的应力集中可能会产生局部的高拉应力，使得在这些点上出现拉应力，引起试件在这些点首先开裂。对含软硬包裹体的岩石试件的研究报道，认为岩石的损伤从软硬结合面开始。
按照Griffith 理论，可以认为造成岩石材料脆性
第25卷增1 速宝玉等. 水泥砂浆水力劈裂试验研究 ? 2957 ?
拉伸破坏的原因是其内部裂纹尖端的应力集中区诱导拉伸作用的结果。而实际上，岩石内部的孔隙、软的或硬的结核或颗粒、颗粒边界和三通点(triple points)都可以因为诱发应力集中而产生微破裂。在工程实际中，岩石的非均匀性主要受结构面的控制，但是在完整的、结构面不发育的岩体中，可以认为岩石材料的非均匀性是导致应力集中产生的重要原因之一。
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2000，19(Supp.)：885–888.(in Chinese)
水泥混凝土强度的检测方法
水泥混凝土强度的检测方法 1、水泥砼抗压强度 测定砼抗压强度是评定砼品质的主要指标。目前，砼抗压强度试件以边长为150mm的正立方体为标准试件，砼强度以该试件标准养护到28天，按规定方法 测得的强度为准。 当砼抗压强度采用非标准试件时，其集料粒径要求及抗压强度尺寸换算系数如下： 集料粒径要求及抗压强度换算系数 集料最大粒径 试件尺寸（mm）尺寸换算系数 （mm） 30 100×100×100 0.95 40 150×150×150 1.00 60 200×200×200 1.05
砼立方体试件抗压强度计算：R=P/A 其中：R—砼抗压强度（MPa）P—极限荷载（N）A—受压面积（mm2）注：①以3个试件测值的算术平均值为测定值。如任一个测值与中间值的差值超过中间值的15%，则取中间值为测定值；如有两个测值与中间值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。②结果计算至0.1MPa。③非标准试件的 抗压强度应乘以尺寸换算系数。 2、砼抗折（抗弯拉）强度 测定砼抗（抗弯拉）极限强度，是为了提供水泥砼路面设计参数，检查水泥砼路面施工品质和确定抗折弹性模量试验加荷标准。 水泥砼抗折强度是以150mm×150mm×550mm的梁形试件，在标准养护条件下，达到规定龄期后，在净跨450mm，双支点荷载作用下的弯拉破坏，并按规定的计算方法得到的强度值。 砼抗折强度计算：Rb=PL/bha 其中：Rb—抗折强度（MPa）；P—极限荷载（N）；L—支座间距（L=450mm）；b—试件宽度（mm）；h—试件高度（mm）。 注：①如断面位于加荷点外侧，则该试件之结果无效；如两根试件无效，则该组结果作废。断面位置在试件断块短边一侧的底面中轴线上量得。②以3个试件测值的算术平均值为测定值。如任一个测值与中间值的差值超过中间值的15%，则取中间值为测定值；如有两个测值与中间值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。③结果计算至0.01MPa。④采用100mm×100mm×400mm非标准试件时，所取得的抗折强度值应乘以尺寸换算系数0.85。
心墙堆石坝的水力劈裂分析
基金项目作者简介 江苏海安人教授 心墙堆石坝的水力劈裂分析 殷宗泽土木工程学院江苏南京 摘要本文详细分析了它们产生差异的原因提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力通过叠加得到总应力再与心墙前水压力比较来判这样通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生最后通过实例计算表明了该方法的合理性 关键词土石坝水力劈裂防渗心墙问题的提出 水力最著名的是美国坝失事事件学者们在事后做了大量的研究认为其失事原因是发生了水力劈裂国内外学者对水力劈裂问题已做了许多研究 划设计图水力劈裂计算分析 前者是计算心墙内的总应力与墙前水压力相比来判别水力劈裂发生的可能后者是计算心墙中的有效应力用有效应力是否小于来判别水
图是笔者年对 其中图 图中可见按总应力法计算 而按有效应力法计算出的有效中主应力远大于笔者 与合作者曾进行过数十座高土石坝的计算分析从未出现过有效应力哪怕是有效小主应力小于的情 步研究这两种水力劈裂计算方法为什么会有如此大的差异 水力劈裂机理 因此需要从水力劈 它又有个主应力分量小主应 力不能用于比较这是因为小主应力作用面与防渗墙上游面大体平行而防渗墙上游面正是水压力作用 退一步说 因此可以先排除 大主应力和中主应力小于水压力 中主应力方向与坝轴线方向大体接近水压力如果沿中主应力 并使裂缝愈冲愈大因此应该 不应该对分析水力劈裂带来麻烦 这个被忽视的 也就是说蓄水初期心墙内部各点的水压 也并不等于墙上游面的水压力 和的 因此蓄水初期心墙内 总应力法显然用的是外水压力 有效应力是土体内同一点的总应力与水压力 因此先讨论有效小主应力都不可能小于 小于 实际上不会在心墙中出现小于 蓄水初期水荷载是从小主应力方向施加的因此有效小主应力
水泥混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度试验
实验十九水泥混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度试验 一、试验目的 1、测定砼抗压强度确定砼的强度等级，评定砼质量。 2、测定砼抗折强度评定道路砼施工质量，同时它是水泥砼路面设计的重要指标。 3、劈裂法测定砼抗拉强度，了解砼抗拉性能。 二、仪器设备 万能试验机，劈裂钢垫条，三合板垫层(或纤维板垫层)。 三、试验步骤 (一) 抗压强度试验 1、从养护室取出试件，先检查其尺寸及形状，相对两面应平行，表面倾斜偏差不得超过0.5mm。量出棱边长度，精确至1mm。试件受力截面积按其与压力机上下接触面的平均值计算。试件如有蜂窝缺陷，应在试验前三天用浓水泥浆填补平整，并在报告中说明。在破型前，保持试件原有湿度，在试验时擦干试件。 2、以成型时侧面为上下受压面，将试件放在球座上，球座置于压力机中心，几何对中侧面受载。 3、加荷：砼强度等级小于C30的混凝土取0.3～0.5MP a/s的加荷速度；强度等级不低于C30时则取0.5～0.8MP a/s的加荷速度，当试件接近破坏而开始迅速变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下破坏极限荷载。 (二) 抗折(抗弯拉)强度试验 1、从养护室取出并检查试件，如试件中部1/3长度内有蜂窝，该试件应立即作废。 2、在试件中部量出其宽度和高度，精确至1mm。 3、安放试件，支点距试件端部各50m，侧面受载。 4、加荷：加载方式为三分点双点加荷，加荷速度为0.5-0.7MP a/s，直至试件破坏，记下破坏极限荷载。 (三) 劈裂抗拉强度试验 1、从养护室取出并检查试件。 2、量测试件尺寸，精确至1mm。 3、安放试件，几何对中，放妥垫层垫条，其方向与试件成型时顶面垂直。 4、加荷：砼强度等级低于C30时，以0.02-0.05 MP a/s的速度连续而均匀地加荷，当砼强度等级不低于C30时，以0.05-0.08 MP a/s的速度加荷，直
承压水基坑突涌的水力劈裂
第３７卷第４期 土木建筑与环境工程Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．４ ２０１５年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ． ２０１５ ｄｏｉ：１０．１１８３５／ｊ． ｉｓｓｎ．１６７４-４７６４．２０１５．０４．０１４承压水基坑突涌的水力劈裂 王军玺，吴伟雄，李 琼，陶 虎，李兴田，石 喜，杨治国 （兰州交通大学土木工程学院，兰州７３００７０） 摘 要：突涌是基坑工程施工过程中常遇的主要灾害之一。现有的承压水基坑突涌稳定分析方法均不能反应突涌破坏机理。从水力劈裂的机理入手，建议承压水基坑突涌问题应考虑应力-渗流场耦合作用。在Ｂｉｏｔ固结理论基础上，建立了基坑突涌分析水力劈裂耦合模型，考虑了土体物理力学性质的动态演化。试图通过分析工作面推进过程中基底土体应力场和渗流场的变化，来判断突涌发生的可能性。研究结果表明：突涌始于基底隔水层所发生的张拉破坏，基底周边是发生突涌的危险位置；渗透弱面（初始张拉裂缝）的水压楔劈效应所导致的水力劈裂为基坑突涌提供了通道；高水压力的存在是突涌发生的前提条件，高水力梯度的产生是基坑突涌的根源。 关键词：突涌；渗流- 应力耦合；水力劈裂；承压水；基坑工程中图分类号：ＴＶ６４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４-４７６４（２０１５）０４-０１０５-０７ 收稿日期：２０１４-１２-０１ 基金项目：国家自然科学基金（５１４６９０１２）；教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目（ＩＲＴ１１３９） 作者简介：王军玺（１９７４-），男，博士，副教授，主要从事水工结构设计、分析理论与方法研究，（Ｅ-ｍａｉｌ）ｗａｎｇｊｕｎｘｉ０８０１０１＠ １２６．ｃｏｍ。 Received ：２０１４-１２-０１ Foundation item ：ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃａｌＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１４６９０１２）；ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＳｃｈｏｌａｒｓａｎｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎ ＴｅａｍＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｌａｎＰｒｏｇｒａｍＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＰ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．ＩＲＴ１１３９） Author brief ：ＷａｎｇＪｕｎｘｉ（１９７４-），ＰｈＤ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅｒｅｓｔｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄ，（Ｅ-ｍａｉｌ）ｗａｎｇｊｕｎｘｉ０８０１０１＠１２６．ｃｏｍ．Burst in foundation p it on confined water usin g h y dro -fracturin g Waｎg Juｎxｉ，Wu Weｉxｉoｎg ，LｉQｉoｎg ，Ｔao Ｈu ，LｉXｉｎtｉaｎ，SｈｉXｉ，Yaｎg Zｈｉg uo （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Abstract ：Ｂｕｒｓｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｄｉｓａｓｔｅｒｓｉｎｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒａｎａｌｙｚｉｎｇｂｕｒｓｔｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｏｎｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒｃｏｕｌｄｎｏｔｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｙｄｒｏ-ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ，ｔｈｅｓｅｅｐａｇｅ-ｓｔｒｅｓｓｃｏｕｐｌｉｎｇｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｗｈｅｎｂｕｒｓｔｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｂｕｒｓｔｉｎｈｙｄｒｏ-ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎＢｉｏｔ＇ｓｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｓｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｂｕｒｓｔｉｓｅｘｐｌｏｒｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄａｎｄｓｅｅｐａｇｅｆｉｅｌｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｂｕｒｓｔｂｅｇｉｎｓｉｎｔｅｎｓｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｉｎａｑｕｉｃｌｕｄｅｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｂａｓｅ，ｗｈｉｌｓｔｔｈｅｐｅｒｉｐｈｅｒｙｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｂａｓｅｉｓｗｈｅｒｅｍｏｒｅｌｉｋｅｌｙｂｕｒｓｔ ｏｃｃｕｒｓ； ｈｙｄｒｏ-ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｃａｕｓｅｄｂｙｗａｔｅｒｗｅｄｇｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅａｋｓｕｒｆａｃｅｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ（ｉｔｉｓｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｔｅｎｓｉｏｎｃｒａｃｋ）ｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｆｏｒｂｕｒｓｔａｎｄａｃｏｎｆｉｎｅｄｂｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈｐｏｒｅｗａｔｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｉｓｔｈｅｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒｂｕｒｓｔ，ｂｕｔｈｉｇｈｈｙｄｒａｕｌｉｃｇｒａｄｉｅｎｔｉｓｔｈｅｒｏｏｔｃａｕｓｅｆｏｒｂｕｒｓｔ． Ke y words ：ｂｕｒｓｔ；ｓｅｅｐａｇｅ-ｓｔｒｅｓｓｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｈｙｄｒｏ-ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；ｃｏｎｆｉｎｅｄｗａｔｅｒ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
水泥砼圆柱体劈裂抗拉强度试验作业指导书
精心整理水泥砼圆柱体劈裂抗拉强度试验作业指导书 1.目的及适用范围 适用于各类水泥砼圆柱试件和现场芯样的劈裂抗拉强度。 注：括号中数字为试件中集料公称最大粒径，单位：mm。标准试件的最短尺寸大于公称最大粒径4倍。 3.2本试件应同龄期者为一组，每组为3个同条件制作和养护的砼试
件。 3.3对于现场芯样，长径比大于等于1。适宜的长径比在1.9~2.1之间，最大长径比不能超过2.1。芯样最小直径为100mm，直径至少是公称最大粒径的2倍。芯样在进行强度试验前需进行调湿，一般应在标准养护室养护24h。 （2）台秤。（3）盛样器（袋）或铁盘等。 （4）干冰（固体CO2）。（5）试样标签。 （6）其他：镐、铁锹、量尺（绳）、毛刷、硬纸、棉纱等。
3.方法与步骤 3.1准备工作 （1）确定路段。可以是一个作业段、一天完成的路段，或按相关规范的规定选取一定长度的检查路段。 （ （5）将钻取的芯样妥善盛放于盛样器中，必要时用塑料袋封装。 （6）填写样品标签，一式两份。一份粘贴在试样上，另一份作为记录备查。
（7）对钻孔的路面坑洞，应采用同类型材料填补压实，但取样时留下的水分应用棉纱等吸走，待干燥后再补坑。 4.圆柱试件的劈裂试验步骤 4.1至试验龄期时，自养护室取出试件，用湿布覆盖，避免其湿度变化。测量出直径、高度并检査外形，尺寸量测至1mm。 4.2在试件中部划出劈裂面位置线，圆柱体的母线公差为0.15mm。这两条母线应位于同一轴向平面内，彼此相对，两条线的末端在试件的端面上相连，应为通过圆心的直径，以明确标明承压面。将试件、劈裂夹具、垫条和垫层如图所示放在压力机上，借助夹具两侧杆，将试件对中。开动压力机，当压力机压板与夹具垫条接近时，调整球座使压力均匀接触试件。当压力到5kN时，将夹具的侧杆抽掉。 4.3当混凝土的强度等级小于C30时，加荷速度为0.02MPa/s-0.05MPa/s；当混凝土的强度等级大于等于C30且小于C60时，加荷速度为0.05MPa/s-0.08MPa/s；当混凝土的强度等级大于等于C60时，加荷速度为0.08MPa/s-0.10MPa/s。当试件接近破坏而开始迅速变形时，不得调整试验机油门，直至试件破坏，记下破坏极限荷载F （N）。 5.试验结果
岩体水力劈裂机理试验及数值模拟研究
? 364 ? 岩石力学与工程学报 2005年 [7] Sridharan A N S，Prakash K. Rectangular hyperbola method of consolidation analysis[J]. Geotechique，1987，37(3)：355–368. [8] Pandian N S，Sridaharan A，Kumar K S. A new method for the determination of coefficient of consolidation[J]. Geotechnical Testing Journal，GTJODJ，1992，15(1)：74–79. [9] Tewatia S K. Evaluation of true Cv and instanerieous Cv，and isolation of secondary consolidation[J]. Geotechnical Testing Journal，GTJODJ，1998，21(2)：102–108. [10] 张仪萍，俞亚南，张士乔等. 室内固结系数的一种推算方法[J]. 岩 土工程学报，2002，24(5)：616–618.(Zhang Yiping，Yu Ya′nan，Zhang Shiqiao，et al. A method for evaluating coefficient of consolidation[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2002，24(5)：616–618.(in Chinese)) [11] 中华人民共和国国家标准编写组. 土工试验方法标准(GB/T50/23– 1999)[S]. 北京：中国计划出版社，1999.(The National Standards Compile Group of People′s Republic of China. The standard method for soil test(GB/T50/23–1999)[S]. Beijing：China Planning Press，1999.(in Chinese)) 岩体水力劈裂机理试验及数值模拟研究 谢兴华 (南京水利科学研究院水工所，江苏南京 210024) 博士学位论文摘要：自然岩体由于本身的结构不确定性，使得对其力学效应和渗透性的研究遇到巨大困难。在研究工程区域的岩体稳定问题时，规模巨大的断层等构造可以具体描述，但是大量的小规模构造难以具体描述。正是这些小规模构造在导水方面起到不可忽视的作用。而水的渗流问题又是影响岩体及其以上的建筑物稳定的重要因素。 正如人们所知，渗流会降低岩土体的稳定性。在高静水压力作用下，岩体内水的流态已经不能完全被岩体中的通道所约束。具有高势能的水会破坏岩体的原有结构，“创造”出更多的渗流通道来，以满足其卸掉势能的需要。水力劈裂问题的研究实质，就是具有高势能的水对岩体的破坏。 本文基于连续介质弹脆性损伤理论，研究岩体水力劈裂的机理，在以下方面有所进展： (1) 在弹脆性力学的范畴内，提出基于应变的岩体破坏模式，并推导了判别准则。认为岩体的破坏具有拉和剪两种形式。由于具体的承载条件和约束条件不同，岩体破坏时，可能是以某一种(拉或剪)形式破坏，也可能两种破坏形式并存发生。两种破坏形式并存发生时，在一个足够小的时间段内，也是以单一的形式发生，只是在下一时间段可能就转化成另一种形式发生破坏。在一个具体的时刻，岩体发生哪一种形式的破坏，取决于当前哪一种破坏趋势占优势地位。 (2) 基于常规三轴水力劈裂试验，提出了材料“不均匀系数”的概念，用来描述了材料的不均匀分布状况。并基于此，提出应变(应力)集中为核心的水力劈裂观点。认为：岩体，特别是脆性岩体的破坏是从局部开始的，在局部形成裂纹。裂纹的扩展，及裂纹的相互连通，导致岩体整体破坏。在高压水荷载的作用下，岩体的劈裂破坏必然伴随着高压水的侵入。对于裂缝来讲，高压水对裂缝面施加面荷载。正是这一面荷载的作用，大大加强了缝端的应力集中程度。这也就是水力劈裂会对岩体的稳定造成巨大威胁的原因。 (3) 建立了渗透系数与损伤变量的关系函数。以此为桥梁，建立渗流、破坏的耦合关系。开发了有限元耦合计算程序。耦合计算分两部分：岩体的力学反应和岩体结构变化造成的渗流场的反应，两部分分别计算交叉叠代。数值计算的研究重点如下：①对岩体材料的非均匀模拟，选用Weibull分布或标准正态分布函数为计算单元赋材料参数(主要是弹模)。研究表明，分别按两种分布函数为材料赋值，得到的裂缝扩展没有明显差别；②在裂缝扩展过程的数值模拟上，数值计算分荷载步，在每一个荷载步内再叠代计算。在每一个叠代步，只允许一个单元破坏。破坏后的单元要进行应力转移。应力转移的大小按照弹脆性本构模式进行。如此反复叠代直到平衡为止，并进入下一荷载步。计算表明，荷载步的大小对计算收敛性影响明显。计算时一般尽量设置小载荷步，载荷步过大时可能导致计算不收敛；③渗流场计算中，由于新裂缝连通性假设，随裂缝的扩展，渗流场变化明显。 关键词：岩石力学；水力劈裂；试验研究；数值分析；损伤力学；渗透系数；耦合分析 EXPERIMENTAL STUDY ON HYDRAULIC FRACTURE MECHANISM OF ROCK MASS AND NUMERICAL SIMULATION XIE Xing-hua (Nanjing Hydraulic Research Institute，Nanjing210024，China) 收稿日期：2004–12–08 作者简介：谢兴华(1971–)，男，2004年7月获河海大学工学博士学位，导师为速宝玉教授，主要从事岩石力学与工程方面的研究工作。E–mail：iamxiexh@https://www.sodocs.net/doc/4211133794.html,
混凝土的劈裂抗拉强度.doc
附件：国家级工法文本范例混凝土的劈裂抗拉强度 混凝土是一种脆性材料，在受拉时很小的变形就要开裂，它在断裂前没有 残余变形。 图 4-12 混凝土劈裂抗拉试验示意图 1-上压板2-下压板3-垫层4- 垫条 混凝土的抗拉强度只有抗压强度的 1/10～1/20，且随着混凝土强度等级 的提高，比值降低。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强度对于抗 开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标。 有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。 混凝土抗拉强度采用立方体劈裂抗拉试验来测定，称为劈裂抗拉强度
f ts。该方法的原理是在试件的两个相对表面的中线上，作用着均匀分布的压力，这样就能够在外力作用的竖向平面内产生均布拉伸应力（图4-12），混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算： 式中 f ts——混凝土劈裂抗拉强度，MPa； P——破坏荷载， N； A——试件劈裂面面积， mm 2。 混凝土轴心抗拉强度f t可按劈裂抗拉强度f ts换算得到，换算系数可由试验确定。 各强度等级的混凝土轴心抗压强度标准值f ck、轴心抗拉强度标准值 f tk 应按表 4－1７采用。 表 4－17混凝土强度标准值（N/mm2） 强混凝土强度等级
度 C C C C C C C C C C C C C C 种 类15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 7580 f 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 ck 0.0 3.4 6.7 0.1 3.4 6.8 9.6 2.4 5.5 8.5 1.5 4.5 7.4 0.2 f 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 tk .27 .54 .78 .01 .20 .39 .51 .64 .74 .85 .93 .99 .05 .11 还需注意的是，相同强度等级的混凝土轴心抗压强度设计值f c、轴心抗拉强度设计值f t低于混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值 f ck、f tk。
水泥砂浆水力劈裂试验研究
第25卷 增1 岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.1 2006年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006 收稿日期：2005–08–10；修回日期：2005–12–02 基金项目：国家自然科学基金重点项目(50239070)；南京水利科学研究院青年基金资助项目(Y10402) 作者简介：速宝玉(1936–)，1958年毕业于华东水利学院河川水工结构专业，现任教授、博士生导师，主要从事岩土工程渗流及其控制方面的研究工作。E-mail ：iamxiexh@https://www.sodocs.net/doc/4211133794.html, 水泥砂浆水力劈裂试验研究 速宝玉1，谢兴华2，王国庆3 (1. 河海大学 水电学院，江苏 南京 210098；2. 南京水利科学研究院 水工水力学研究所，江苏 南京 210029； 3. 浙江省钱塘江管理局，浙江 杭州 310016) 摘要：选用水泥砂浆作为试验材料，研究其在水力劈裂条件下的破坏特征。制作空心圆柱试件，在三轴渗流应力耦合试验仪上进行水力劈裂破坏试验，得到试件破坏时的应力状态没有满足整体的破坏条件。对此做了详细研究，认为之所以出现这种情况是因为材料不均匀。材料的不均匀引起了试件内部应力场分布不均匀。在处于高应力的某些点上，首先达到破坏条件(拉剪破坏条件)，出现微裂纹。微裂纹出现以后，应力集中显著，微裂纹沿裂尖继续扩展，直到整体劈裂，试件破坏。文中建议用材料非均匀系数描述这种非均质材料的破坏特性。非均质系数越大，材料发生低应力状态破坏的可能性越大。 关键词：水利工程；水力劈裂；试验研究；非均值材料；非均质系数 中图分类号： TV 31 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–2952–06 HYDRAULIC FRACTURE TEST ON CEMENT AND SAND MORTAR SU Baoyu 1，XIE Xinghua 2，WANG Guoqing 3 (1. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering ，Hohai University ，Nanjing ，Jiangsu 210098，China ； 2. Department of Hydraulic Engineering ，Nanjing Hydraulic Research Institute ，Nanjing ，Jiangsu 210029，China ； 3. Qiantang River Directorial Bureau ，Hangzhou ，Zhejiang 310016，China ) Abstracts ：Hollow columns were made with sand-cement grout as test samples ，on which the failure characteristic was studied in the condition of tri axis hydraulic fracturing. The samples were tested on tri axis seepage-stress coupled test apparatus. The data from test show that the stress states did not meet the failure criterion when samples failure. That phenomenon was studied in detail. The result that it was the asymmetry of the sample material leads to the stress field asymmetry. And local high stress can make sample failure from the local spot. Then stress concerctration happened in the failure spot ，which focused on the fracture tip. And then the fracture development was induced. Finally the sample damaged entirely. A new concept ，inhomogeneous coefficient ，was set up to be used to describe the phenomenon of brittle materials failure in low stress level. For any brittle materials ，the larger the inhomogeneous coefficient is ，the larger the possibility of failure in low stress level is. Key words ：hydraulic engineering ；hydraulic fracture ；test study ；inhomogeneous material ；inhomogeneous coefficient 1 引 言 我国西部高山峻岭，水量丰富，蕴藏着丰富的 水利资源，在一些合适的地址开一条不长的引水隧洞就能获得几百米水头。开发这些既经济又清洁的水能资源面临着许多要解决的理论和技术问题。其中之一是高水头对混凝土结构衬砌体的水力劈裂问
劈裂试验方案
南水北调中线一期工程总干渠鹤壁Ⅰ标掏砂洞处理 劈裂试验施工方案 中国水电二工程局南水北调中线鹤壁段施工项目部 2010年6月10日
批准核定审查编写
目录 1试验说明 (1) 1.1工程概况 (1) 1.2试验原理 (1) 1.3试验目的 (2) 2试验场区地质条件 (2) 3试验方法 (2) 3.1试验场地布置 (2) 3.2试验设备 (3) 3.3施工主要技术参数 (4) 3.3.1注浆深度、布孔、段高 (4) 3.3.2注浆材料选择 (4) 4劈裂灌浆试验施工 (4) 4.1劈裂灌浆施工工艺流程 (4) 4.2劈裂灌浆施工方法 (4) 4.2.1钻孔施工 (4) 4.2.2灌浆施工 (5) 5资料整理 (6)
南水北调中线一期工程总干渠鹤壁Ⅰ标掏砂洞处理 劈裂试验施工方案 1试验说明 1.1工程概况 南水北调中线一期工程总干渠鹤壁段第一标起于卫辉市安都乡马林庄北仓河渠倒虹吸出口导流堤末端，止于淇县桥盟农场附近，起点桩号IV144+600，终点桩号IV155+600，设计长度11KM，渠道截面为底小顶大的等腰梯形，底部宽度19m，顶部宽度52.92m，渠道两侧为郑州至北京的快速通道，宽度合计约100m。 项目于2009年5月开工建设，在桩号IV148+900～IV152+770段进行强重夯施工、土挤密桩施工和基坑开挖过程中发现较多的坑洞，后经多次施工现场查勘，并组织现场人员对该类坑洞进行了初步调查，查明出露的坑洞均为上世纪八、九十年代当地人掏砂时所留下的砂洞，洞径一般2m以下，多位于高程+75～+85m之间的中细砂及粗砂层。由于人工掏砂的随意性，洞内结构错综复杂，分支洞较多，呈多层、密集、交错分布。同时由于掏砂洞存在已有较长一段时间，大部分掏砂洞的洞口已被掩埋，部分砂洞洞身坍塌，洞顶上移。为保证项目施工和今后渠道运行的安全，需对沿线范围内的掏砂洞进行处理。由于本次掏砂洞处理工作的特殊性，其中探查孔间距的合理性、灌浆压力等施工工艺参数缺乏可参照执行的依据，需要通过试验论证来求取参数。 1.2试验原理 当向土体内的孔内压水或灌浆时，作用在孔壁上的径向压力引起孔的扩张，使孔壁土体受劈裂挤应力，而当这些应力超过土体的抗拉强度时，就会在土体内产生一些裂缝，这种裂缝的产生过程称之为劈裂。当土体一
胶粘剂拉伸强度试验标准
胶粘剂拉伸强度试验标准在胶接接头受拉伸应力作用时，有三种不同的接头受力方式。 (1)拉伸应力和胶接面互相垂直，并且通过胶接面中心均匀地分布在整个胶接面上，这一应力均匀拉伸应力，又称正拉伸应力。 (2)拉伸应力分布在整个胶接面上，但力呈不均匀分布，此种情况称为不均匀拉伸。 (3)和不均匀拉伸相比，它的力作用线不是捅咕试样中心，而偏于试样的一端；它的受力面不是对称的，而是不对称的，这种拉伸叫不对称拉伸，人们有时将这一试验叫撕离试验或劈裂试验，以示和剥离相区别。 一.拉伸强度试验(条型和棒状) 拉伸强度试验又叫正拉强度试验或均匀扯离强度试验。 1.原理 由两根棒状被粘物对接构成的接头，其胶接面和试样纵轴垂直，拉伸力通过试样纵轴传至胶接面直至破坏，以单位胶接面积所承受的最大载荷计算其拉伸强度。 2.仪器设备 拉力试验机应能保证恒定的拉伸速度，破坏负荷应在所选刻度盘容量的1 0%-90%范围内。拉力机的响应时间应短至不影响测量精度，应能测得试样断裂时的破坏载荷，其测量误差不大于1%。拉力试验机应具有加载时可和试样的轴线和加载方向保持一致的，自动对中的拉伸夹具。 固化夹具，能施加固定压力，保证正确胶接和定位。 3.试验步骤 (1)试棒和试样试棒为具有规定形状，尺寸的棒状被粘物。试样为将两个试棒通过一定工艺条件胶接而成的被测件。 除非另有规定，其试棒尺寸见表8-4。其试样尺寸的选择视待测胶黏剂的强度，拉力机的满量程，试棒本身材质的强度以及试验时环境因素而定。 表8-4 圆柱形和方形试棒尺寸 试棒直径和边长a/mm 直径/ L/mm 胶接面表面粗糙
b/mm mm 度Ra/um 10±0.1 15±0.1 25±0.1 10 12 15 5 7 9 30 45 50 0.8 0.8 0.8 用于试棒加工的金属材料有45号钢，LY12CZ铝合金，铜，H62黄铜等。非金属材料有层压塑料等。层压制品试棒，其层压平面应和试棒一个侧面平行，试棒上的销孔应和层压平面垂直。 试棒的表面处理，涂胶及试样制备工艺，应符合产品标准规定。胶接好试样，以周围略有一圈细胶梗为宜，此时不必清除，若需清除余胶，则应在固化后进行。 (2)试验在正常状态下，金属试样从试样制备完毕到测试之间，最短停放时间为16h，最长为1个月，非金属试样至少停放40h。 试样应在试验环境下停放30min以上，将它安装在拉力试验机夹具上，测试其破坏负荷，对电子拉力机试验机应使试样在(60±20)s内破坏；有时对机械式拉力机则采用10mm/min拉伸速度。 4.结果评定 试验结果以5个试样拉伸强度算术平均值表示，取3位有效数字。 同时应记下每个试样的破坏类型，如界面破坏，胶层内聚破坏，被粘物破坏和混合破坏。 5.影响因素 (1)应力分析粘接接头在受到垂直于粘接面应力作用时，应力分布比受剪切应力要均匀得多，但根据理论推测和应力分布试验证实，在拉伸接头边缘也存在应力集中。为证实这一点，有人采用一定厚度的橡胶胶接在试样中以代替胶黏剂，发现试样在拉伸时，橡胶中部有明显收缩。说明在接头受正拉伸应力作用，剪切应力则集中在试样胶黏剂-空气-被粘体的三者边界处最大，也就是说在这一点上应力最集中。如果我们胶接后两半圆柱体错位大，则试样的轴线偏离了加载方向中心线，这是经常会发生的。那么，就存在有劈应力，而使边缘应力集中急剧增加。当边界应力大到一个临界值时，胶层边缘就发生开裂，裂缝迅速地扩展到整个胶接面上。从对拉伸试样的应力分布进行分析表明，胶接试件的尺寸和模量，胶层的厚度，胶黏剂的模量都影响接头边缘的应力分布系数大小，因此也必然会影响它的强度值。和拉伸剪切试样一样，加载速度和试样温度也影响拉伸强度。 (2)试样尺寸
织物撕破强力的测试方法
织物撕破强力的测试方法 织物在使用过程中经常会受到集中负荷的作用。衣物被锐物钩住或切割，使纱线受力断裂而形成裂缝，或织物局部被拉伸，致使织物被撕开等，这种现象称之为撕裂。抵抗这种撕裂破坏的能力为织物的撕破性能。生产上广泛采用撕破性能来评定后整理产品的耐用性，如经过树脂、助剂或涂料整理的织物，采用撕破强力比拉伸断裂强力更能反映织物整理后的坚牢度变化。 1.织物撕破强力测试方法 关于织物撕破强力测试的方法众多，国标中叙述相关的五种测试方法。根据撕破过程，及撕破机理的不同，有以下几种测试方法，对比表如下： 对比项测试方法试样尺寸（国 标） 撕裂过程测试仪器 舌形试样（双缝）法长220±2mm， 宽150±2mm 竖直方向被撕裂， 横向纱线撕裂 等速伸长（CRE）试验仪 裤型试样（单缝）法长220±2mm， 宽50±1mm 竖直方向被撕裂， 横向纱线撕裂 等速伸长（CRE）试验仪 梯形试样法长150±2mm， 宽75±1mm 竖直方向被撕裂， 竖直方向纱线撕裂 等速伸长（CRE）试验仪 等速牵引（CRT）试验仪 翼形试样（单缝）法长200±2mm， 宽100±1mm 竖直方向织物呈一 定角度被撕裂 等速伸长（CRE）试验仪
落锤法长100±2mm， 宽75±2mm 冲击撕扯数字式Elmendorf撕破强度测 试仪、电子式撕破强度测试仪 （扇形） 相关术语有： (1)等速伸长试验仪：在整个试验过程中，一只夹钳是固定不动的，另一只夹钳作等速运动的一种拉伸试验仪。 (2)隔距长度：试验装置上两个有效夹持线之间的距离。 (3)撕破强力：在规定条件下，使试样上从初始切口扩展所需的力。经纱被撕断的称为经向撕破强力，纬纱被撕断的称为纬向撕破强力。 (4)峰值：在强力—伸长曲线上，斜率由正变负点处对应的强力值。 (5)撕破长度：从开始施力至终止、切口扩展的距离。 1.1 GB/T 3917.4——舌形试样(双缝)法 测试原理：在矩形试样中，切开两条平行切口，形成舌形试样。将舌形试样夹入拉伸试验仪的一个夹钳中，试样的其余部分对称夹入另一夹钳，保持两切口线顺直平行。在切口方向施加拉力模拟两个平行撕破强力。记录直至撕裂到规定长度的撕破强力，并根据自动绘出的曲线上的峰值或通过自动电子装置计算出撕破强力。
最新抗压与劈裂抗拉强度试验
抗压与劈裂抗拉强度 试验
6 抗压强度试验 6.0.1 本方法适用于测定混凝土立方体试件的抗压强度，圆柱体试件的抗压强度试验见附录B。 6.0.2 混凝土试件的尺寸应符合本标准第3.1节中的有关现定。 6.0.3 试验采用的试验设备应符合下列规定： 1 混凝土立方体抗压强度试验所采用压力试验机应符合本标准第4.3节的规定。 2 混凝土强度等级≥60时，试件周围应设防崩裂网罩。 当压力试验机上、下压板不符合本标准第4.6.2条规定时，压力试验机上、下压板与试件之间应各垫以符合本标准第4.6节要求的钢垫板。 6.0.4 立方体抗压强度试验步骤应按下列方法进行： 1 试件从养护地点取出后应及时进行试验，将试件表面与上下承压板面擦干净。 2 将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准，开动试验机，当上压板与试件或钢垫板接近时，调整球座，使接触均衡。 3 在试验过程中应连续均匀地加荷，混凝土强度等级＜C30时，加荷速度取每秒钟0.3～0.5MPa；混凝土强度等级≥C30且＜C60时，取每秒钟0.5～0.8MPa；混凝土强度等级≥C60时，取每秒钟0.8～1.0MPa。 4 当试件接近破坏开始急剧变形时，应停止调整试验机油门，直至破坏。然后记录破坏荷载。 6.0.5 立方体抗压强度试验结果计算及确定按下列方法进行：
1 混凝土立方体抗压强度应按下式计算： 混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1MPa 2 强度值的确定应符合下列规定： 1）三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值（精确至 0.1MPa）； 2）三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超过中间值的15%时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值； 3）如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。 3 混凝土强度等级＜C60时，用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，其值为对200mm×200mm×200mm试件为1.05；对100mm×l00mm× l00mm试件为0.95。当混凝土强度等级≥C60时，宜采用标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。 6.0.6 混凝土立方体抗压强度试验报告内容除应满足本标准第1.0.3条要求外，还应报告实测的混凝土立方体抗压强度值。 9 劈裂抗拉强度试验 9.0.1 本方法适用于测定混凝土立方体试件的劈裂抗拉强度，圆柱体劈裂抗拉强度试验方法见附录D。
织物撕破强度测试
织物撕破强度实验 一、实验目的与要求 1、掌握落锤式撕破强度实验方法。 2、进一步加强理解单缝撕裂时受力三角区的变化和发展过程，受力三角区的大 小与哪些因素有关。 二、基础知识 织物中经纱或纬纱受到其轴向相垂直的外力，逐根受到最大负荷发生断裂时称为撕破强度。 织物的撕破是比较常见和容易发生的一种破坏形式。由于裂口处局部受力的特殊性，织物撕裂强度远小于其拉伸断裂强度。往往由于局部撕裂破坏而造成织物失去使用价值。同时撕破强度指标是衡量织物在使用过程中局部受力时的抗损能力的主要质量指标。织物的其他力学破坏形式（顶破、磨损等）也常都以撕破为最终破坏形式出现，为了提高织物的寿命，必须研究织物撕破。 织物撕破强度的实验方法，常用的有单缝撕破、舌形撕破、梯形撕破及单缝落锤法撕破等。目前常用的为单缝撕破。 单缝撕破可在强力实验机和落锤式撕破仪上进行。如图4-1（a）为强力机上的单缝试条，（b）为落锤式撕裂仪上的试条，试样沿一个方向剪开一段形成两瓣分别夹在实验机的上下夹头中，当夹头相对运动或重锤摆动时，横向纱线沿裂口断裂，测取其强度。 撕裂的特征是纵向纱线受拉，横向纱线滑动，滑动产生的摩擦力是横向纱线
受扯拉，因此，横向纱线形成一个受力三角区，即其底边的第一根纱线变形最大，负担的外力最大，随着离开第一根纱线的距离越远，受力越小，当拉扯到第一根纱线达到断裂伸长时，便发生断裂和出现第一个撕裂峰值，于是下一根纱线开始成受力三角区的底边，为此，横向纱线依次陆续断裂织物被撕破。 三、实验仪器与工具 实验仪器为YG（B）033A型落锤式织物撕裂仪，结构见图4-2所示。 实验工具为织物试样、钢尺、剪刀和试样样板。 图4-1 YG（B）033A型落锤式织物撕裂仪 四、实验方法与步骤 1、取样：在离布边150mm以内处剪取试样的有效长度约为100mm×63mm（不须修扯边纱），切口线长20mm，撕裂长度43mm。用模具或样板划线后裁剪，经、纬向各测试五块。 2、实验步骤 ⑴ 仪器调整，使仪器放在坚实的桌子上，调整平调螺钉，使仪器处于水平位置，然后用平调螺母使之固紧。 ⑵按下撕裂刀把，刀片应回复原位，试样切口长度应为20±0.2mm，如果刀口长度不到或超过时应调整刀片。 ⑶ 选择读数范围。撕裂强度在300克以下者，将摆中间的辅助重锤除去，读外圈读数；撕破强度在3000克以上者，两个重锤同时使用，读内圈读数。
混凝土强度试验
混凝土强度试验 一、混凝土抗压强度 1、实验名称：混凝土立方体抗压强度试验 2、实验的目的意义 ①了解并掌握混凝土的强度指标； ②学会抗压实验的测量方法。 3、实验基本原理 根据混凝土立方体抗压强度可以评定混凝土强度等级。 4、实验仪器设备 ①压力试验机或万能试验机。精度示值的相对误差应在2%以内。 ②试模。由铸铁或钢制成的立方体，规格视骨料最大粒径选用（见表5-4）。 ③标准养护室。温度20℃、相对湿度大于90%。 ④振动台。频率50 Hz，空载振幅0.5mm。 ⑤捣棒、小铁铲、金属直尺、镘刀等。 表5-4 试模尺寸与骨料最大粒径、插捣次数选用表 5、试件制备 ①按表5-4选择同规格的试模3只组成一组。将试模拧紧螺栓并清刷干净，内壁涂一薄层矿物油，编号待用。 ②试模内装的混凝土应是同一次拌和的拌合物。坍落度小于或等于70mm 的混凝土，试件成型宜采用振动振实；坍落度大于70mm的混凝土，试件成型宜采用捣棒人工捣实。 a.振动台成型试件：将拌合物一次装入试模并稍高出模口，用镘刀沿试模内壁略加插捣后，移至振动台上，开动振动台，振动至表面呈现水泥浆为止，刮去多余拌合物并用镘刀沿模口抹平。
b.捣棒人工捣实成型试件：将拌合物分两层装入试模，每层厚度大致相等。插捣按螺旋方向从边缘向中心均匀进行。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣上层时，捣棒应插入下层深度20～30mm。插捣时捣棒应保持垂直不得倾斜，并用抹刀沿试模内壁插入数次，以防止试件产生麻面。每层插捣次数如试表4.1，然后刮去多余拌合物，并用镘刀抹平。 c.成型后的试件应覆盖，防止水分蒸发，并在室温20℃环境中静置1～2昼夜（不得超过两昼夜），拆模编号。 d.拆模后的试件立即放在标准养护室内养护。试件在养护室内置于架上，试件间距离应保持10～20mm，并避免用水直接冲刷。 注：当缺乏标准养护室时，混凝土试件允许在温度为20的静水中养护；同条件养护的混凝土试样，拆模时间应与实际构件相同，拆模后也应放置在该构件附近与构件同条件养护。 6、测定步骤 试件从养护地点取出后，应尽快进行试验，以免试件内部的温湿度发生显著变化。 ①将试件擦拭干净，测量尺寸，并检查外观。试件尺寸测量精确至1mm，据此计算试件的承压面积。如实测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm，可按公称尺寸进行计算。 试件承压面的不平度应为每100mm长不超过0.05mm，承压面与相邻面的不垂直度不应超过±1°。 ②将试件安放在试验机的下压板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准。 ③开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡。 ④应连续而均匀地加荷，预计混凝土强度等级小于C30时，加荷速度每秒 0.3～0.5MPa；混凝土强度等级大于或等于C30时，加荷速度每秒0.5～0.8MPa。当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。 7、数据记录及数据处理或结果分析 试件的抗压强度f 按下式计算（精度至0.1MPa），即 cu