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摘要:结合青州市仁河水库，通过现场试验，比较了普通混凝土和橡胶改性混凝土与坝基的抗剪性能。试验结果表明，橡胶改性混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能均优于普通混凝土。通过线性回归得出：橡胶改性混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=1.204δ+0.278；抗剪应力方程τ´=1.119δ´+0.150；普通混凝土与坝基的抗剪断应力方程则为τ=0.790δ+0.257，抗剪应力方程τ´=0.683δ´+0.061。橡胶粉改善了混凝土与坝基的抗剪性能，为提高坝体抗滑稳定性提供了一种有效的技术措施。
关键词：坝基；橡胶粉改性混凝土；现场；混凝土抗剪性能
中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：
1引言
坝基与混凝土抗剪强度是大坝稳定设计必不可少的参数之一，直接影响基础处理的工程量和工期，甚至还影响大坝形态与枢纽布置[1]。大坝依靠坝基与大体积混凝土接触面的摩擦力平衡巨大的水压力。接触面的摩擦系数有很小的变化，需要混凝土的体积发生大的变化保持摩擦力不变，从而工程造价出现大的差别。润扬大桥悬索桥混凝土与岩基接触面的摩擦系数若降低0.01，混凝土将需要增加约4230 t[2]。因此，提高混凝土与坝基接触面的摩擦系数有显著的经济效益，并对工程安全有重要影响。
青州仁河水库位于小清河水系淄河支流的仁河中游,控制流域面积80km2，总库容2815万m3，兴利水位336.10m,兴利库容2172万m3，死库容120万m3。是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养鱼、城市供水等综合利用的中型水库。该水库自建成并运行至今，由于当时受财力、物力、技术和施工等条件限制，工程施工质量差，坝体渗漏严重，迫切需要对其进行除险加固。按照黄委要求，青州仁河水库水库重力坝加固前，必须进行现场试验坝基-混凝土的抗剪参数，方可进行水库除险加固设计。本文针对青州仁河水库分别进行了坝基-混凝土和坝基-橡胶混凝土接触面抗剪强度现场试验，比较了混凝土和橡胶混凝土与坝基的抗剪性能，为提高大坝-混凝土抗剪参数提供了一種新的技术措施。
2试验内容
2.1试验原材料
普通硅酸盐水泥：P·O42.5水泥，山东青州中联水泥有限公司产；细集料：中粗砂，细度模数2.6，山东青州产；粗集料:5~31.5mm碎石，山东青州产；橡胶粉：40目，山东青州产。
外加剂：引气减水剂（粉体），济南德利泰建材科技公司。
2.2试验配合比
表1 C25混凝土配合比
2.3 试件制备与试验方法
按照《水利水电工程岩石试验规程》要求，在现场坝基上分别浇筑普通混凝土和橡胶粉改性混凝土试件各一组，普通混凝土每组试件5个，橡胶混凝土每组试件6个。为测试方便，每个试件的尺寸为50cm×50 cm×80cm，试验采用平推法，混凝土强度等级为C25，根据坝体的最大应力计算，法向最大荷载为380KN。对测试结果进行回归，分别得出普通混凝土和橡胶混凝土与坝基的抗剪断摩擦系数f’和粘聚力c、 抗滑摩擦系数f’´和粘聚力c´。分析试验结果，比较橡胶混凝土和普通混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能。
3试验结果与分析
养护到龄期为28d后，进行试验测试，测试结果见表2~表5和图1~图4。
表2预留试件抗压强度试验结果
表3普通混凝土与坝基的抗剪断参数试验结果
图1普通混凝土与坝基的抗剪断应力τ¬δ回归曲线
表3普通混凝土与坝基的抗剪参数试验结果
图2普通混凝土与坝基的抗剪应力τ´¬δ´回归曲线
表4橡胶混凝土与坝基的抗剪断参数试验结果
图3橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力τ¬δ回归曲线
表5橡胶混凝土与坝基的抗剪参数试验结果
图4橡胶混凝土与坝基的抗剪应力τ´¬δ´回归曲线
分别对表3和表4中数据进行线性回归，见图1和图2 ，得出普通混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=0.790δ+0.257,R2=0.997;抗剪应力方程τ´=0.683δ´+0.061,R2=0.990。将表4和表5中数据线性回归，见图3和图4，得出橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=1.204δ+0.278,R2=0.998;抗剪应力方程τ´=1.119δ´+0.150,R2=0.994。比较普通混凝土和橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力方程可以看出，橡胶混凝土与坝基的摩擦系数（1.204）远高于普通混凝土的摩擦系数（0.79），橡胶混凝土与坝基的粘聚力（0.278）与普通混凝土的粘聚力（0.257）基本相当。而对于两种混凝土与坝基的抗剪参数而言，橡胶混凝土与坝基的抗剪摩擦系数较大，为1.119，而普通混凝土的抗剪摩擦系数仅为0.683；同样，橡胶改混凝土与坝基的粘聚力（0.150）相对较大，普通硅酸盐水泥混凝土的粘聚力（0.061）则相对较小。综合两种混凝土与坝基的抗剪断和抗剪参数大小，可以看出，在混凝土中掺加部分橡胶粉可明显改善混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能，从而提高坝体的抗滑稳定性。
4橡胶混凝土改善与坝基抗剪性能的机理探讨
在橡胶混凝土中，橡胶粉是分布在混凝土内的微小弹簧单元，起着类似弹性纤维的作用，形成吸收应变能的结构变形中心，减小体系的各种应力和约束微观裂纹，从而减少裂纹产生及阻止或减缓微裂纹发展而导致的混凝土断裂。当橡胶混凝土受到剪切荷载时，橡胶粉能负担并缓冲部分应力，有效地吸收裂缝扩展时释放的能量，增大混凝土内部各质点的摩擦和能量耗散。橡胶混凝土断裂模式不同于普通混凝土的脆性断裂，而是呈塑性屈服破坏形态，能量吸收能力比普通混凝土高许多。当受到剪切外力时，可有效吸收剪切功。同样，橡胶混凝土的极限拉应变远远大于普通混凝土，弹性模量远小于普通混凝土，可明显提高橡胶混凝土的抗剪性能。
5结论
（1）通过现场试验，橡胶混凝土与坝基的抗剪参数明显大于普通混凝土与坝基的抗剪参数。橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=1.204δ+0.278；抗剪应力方程τ´=1.119δ´+0.150。而普通混凝土与坝基的抗剪断应力方程则为τ=0.790δ+0.257；抗剪应力方程τ´=0.683δ´+0.061。
（2）在混凝土中掺加部分橡胶粉可明显改善混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能，为提高坝体抗滑稳定性提供了一种有效的技术措施。
参考文献
[1]杨令强,李园园,林明强.门楼水库溢流坝段岩石与混凝土抗剪参数的确定[J].岩土力学,2008(增刊):515~518
[2]王保田,朱珍德,张福海等.花岗岩与混凝土胶结面抗剪强度的试验研究[J]. 岩土力学,2004,25(11):1717~1721.
简介：阎文华（1970-），女，山东省青州市人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：水利工程。
关键词：坝基；橡胶粉改性混凝土；现场；混凝土抗剪性能
中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：
1引言
坝基与混凝土抗剪强度是大坝稳定设计必不可少的参数之一，直接影响基础处理的工程量和工期，甚至还影响大坝形态与枢纽布置[1]。大坝依靠坝基与大体积混凝土接触面的摩擦力平衡巨大的水压力。接触面的摩擦系数有很小的变化，需要混凝土的体积发生大的变化保持摩擦力不变，从而工程造价出现大的差别。润扬大桥悬索桥混凝土与岩基接触面的摩擦系数若降低0.01，混凝土将需要增加约4230 t[2]。因此，提高混凝土与坝基接触面的摩擦系数有显著的经济效益，并对工程安全有重要影响。
青州仁河水库位于小清河水系淄河支流的仁河中游,控制流域面积80km2，总库容2815万m3，兴利水位336.10m,兴利库容2172万m3，死库容120万m3。是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、养鱼、城市供水等综合利用的中型水库。该水库自建成并运行至今，由于当时受财力、物力、技术和施工等条件限制，工程施工质量差，坝体渗漏严重，迫切需要对其进行除险加固。按照黄委要求，青州仁河水库水库重力坝加固前，必须进行现场试验坝基-混凝土的抗剪参数，方可进行水库除险加固设计。本文针对青州仁河水库分别进行了坝基-混凝土和坝基-橡胶混凝土接触面抗剪强度现场试验，比较了混凝土和橡胶混凝土与坝基的抗剪性能，为提高大坝-混凝土抗剪参数提供了一種新的技术措施。
2试验内容
2.1试验原材料
普通硅酸盐水泥：P·O42.5水泥，山东青州中联水泥有限公司产；细集料：中粗砂，细度模数2.6，山东青州产；粗集料:5~31.5mm碎石，山东青州产；橡胶粉：40目，山东青州产。
外加剂：引气减水剂（粉体），济南德利泰建材科技公司。
2.2试验配合比
表1 C25混凝土配合比
2.3 试件制备与试验方法
按照《水利水电工程岩石试验规程》要求，在现场坝基上分别浇筑普通混凝土和橡胶粉改性混凝土试件各一组，普通混凝土每组试件5个，橡胶混凝土每组试件6个。为测试方便，每个试件的尺寸为50cm×50 cm×80cm，试验采用平推法，混凝土强度等级为C25，根据坝体的最大应力计算，法向最大荷载为380KN。对测试结果进行回归，分别得出普通混凝土和橡胶混凝土与坝基的抗剪断摩擦系数f’和粘聚力c、 抗滑摩擦系数f’´和粘聚力c´。分析试验结果，比较橡胶混凝土和普通混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能。
3试验结果与分析
养护到龄期为28d后，进行试验测试，测试结果见表2~表5和图1~图4。
表2预留试件抗压强度试验结果
表3普通混凝土与坝基的抗剪断参数试验结果
图1普通混凝土与坝基的抗剪断应力τ¬δ回归曲线
表3普通混凝土与坝基的抗剪参数试验结果
图2普通混凝土与坝基的抗剪应力τ´¬δ´回归曲线
表4橡胶混凝土与坝基的抗剪断参数试验结果
图3橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力τ¬δ回归曲线
表5橡胶混凝土与坝基的抗剪参数试验结果
图4橡胶混凝土与坝基的抗剪应力τ´¬δ´回归曲线
分别对表3和表4中数据进行线性回归，见图1和图2 ，得出普通混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=0.790δ+0.257,R2=0.997;抗剪应力方程τ´=0.683δ´+0.061,R2=0.990。将表4和表5中数据线性回归，见图3和图4，得出橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=1.204δ+0.278,R2=0.998;抗剪应力方程τ´=1.119δ´+0.150,R2=0.994。比较普通混凝土和橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力方程可以看出，橡胶混凝土与坝基的摩擦系数（1.204）远高于普通混凝土的摩擦系数（0.79），橡胶混凝土与坝基的粘聚力（0.278）与普通混凝土的粘聚力（0.257）基本相当。而对于两种混凝土与坝基的抗剪参数而言，橡胶混凝土与坝基的抗剪摩擦系数较大，为1.119，而普通混凝土的抗剪摩擦系数仅为0.683；同样，橡胶改混凝土与坝基的粘聚力（0.150）相对较大，普通硅酸盐水泥混凝土的粘聚力（0.061）则相对较小。综合两种混凝土与坝基的抗剪断和抗剪参数大小，可以看出，在混凝土中掺加部分橡胶粉可明显改善混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能，从而提高坝体的抗滑稳定性。
4橡胶混凝土改善与坝基抗剪性能的机理探讨
在橡胶混凝土中，橡胶粉是分布在混凝土内的微小弹簧单元，起着类似弹性纤维的作用，形成吸收应变能的结构变形中心，减小体系的各种应力和约束微观裂纹，从而减少裂纹产生及阻止或减缓微裂纹发展而导致的混凝土断裂。当橡胶混凝土受到剪切荷载时，橡胶粉能负担并缓冲部分应力，有效地吸收裂缝扩展时释放的能量，增大混凝土内部各质点的摩擦和能量耗散。橡胶混凝土断裂模式不同于普通混凝土的脆性断裂，而是呈塑性屈服破坏形态，能量吸收能力比普通混凝土高许多。当受到剪切外力时，可有效吸收剪切功。同样，橡胶混凝土的极限拉应变远远大于普通混凝土，弹性模量远小于普通混凝土，可明显提高橡胶混凝土的抗剪性能。
5结论
（1）通过现场试验，橡胶混凝土与坝基的抗剪参数明显大于普通混凝土与坝基的抗剪参数。橡胶混凝土与坝基的抗剪断应力方程τ=1.204δ+0.278；抗剪应力方程τ´=1.119δ´+0.150。而普通混凝土与坝基的抗剪断应力方程则为τ=0.790δ+0.257；抗剪应力方程τ´=0.683δ´+0.061。
（2）在混凝土中掺加部分橡胶粉可明显改善混凝土与坝基的抗剪断和抗剪性能，为提高坝体抗滑稳定性提供了一种有效的技术措施。
参考文献
[1]杨令强,李园园,林明强.门楼水库溢流坝段岩石与混凝土抗剪参数的确定[J].岩土力学,2008(增刊):515~518
[2]王保田,朱珍德,张福海等.花岗岩与混凝土胶结面抗剪强度的试验研究[J]. 岩土力学,2004,25(11):1717~1721.
简介：阎文华（1970-），女，山东省青州市人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：水利工程。