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水 利 学 报

２０２３年 １０月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 １０期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）１０ － １１７７ － １１

单块石粒径对自密实混凝土断裂性能的影响研究

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罗 滔 １，２，３ ，李玉洁 ，杨 毅 ，潘晓凤 ，金 峰 ３
（１．西京学院 陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室，陕西 西安 ７１０１２３；
２．西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 ７１２１００；
３．清华大学 水圈科学与水利工程国家重点实验室，北京 １０００８４）

摘要：块石是堆石混凝土的重要组成成分，其粒径对自密实混凝土的断裂破坏具有显著影响。为研究块石粒径对
自密实混凝土断裂性能的影响，对预埋不同粒径（２０、２５、３０和 ３５ｍｍ）单块石的自密实混凝土进行了断裂韧性试
验，并结合声发射（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ，ＡＥ）和数字图像相关技术（ＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｅＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ，ＤＩＣ）对试件断裂破坏过
程进行动态监测，对比分析了块石粒径对自密实混凝土断裂性能的影响。研究结果表明：随块石粒径的增大，自
密实混凝土起裂韧度呈现出先增大后减小的趋势，失稳韧度呈现出逐渐增大的趋势，与无块石试件相比，当块石
粒径为 ３０ｍｍ时，起裂韧度、失稳韧度分别增大了 １０．８％、１２．５％，块石阻裂效果明显；随块石粒径的增大，试
件破坏产生的 ＡＥ信号逐渐增多，峰值荷载处产生的 ＡＥ振铃计数分别为无块石试件的 ３９％、４７％、６３％、６８％，
峰后累计 ＡＥ振铃 计 数 分 别 为 无 块 石 试 件 的 １３０％、１４０％、１４８％、１６４％；ＤＩＣ结 果 显 示，随 块 石 粒 径 的 增 大，
ＤＩＣ测试区内最大水平位移逐渐增大，当块石粒径为 ３５ｍｍ时，最大水平位移为无块石试件的 ４倍；断裂过程区
（ＦｒａｃｔｕｒｅＰｒｏｃｅｓｓＺｏｎｅ，ＦＰＺ）最大水平应变随块石粒径增大而逐渐增大。研究结果揭示了堆石混凝土中块石粒径
对自密实混凝土裂缝扩展的影响机理，证明了堆石对自密实混凝土中裂缝发展的抑制作用。
关键词：单块石粒径；自密实混凝土；堆石混凝土；断裂性能；阻裂机理
文献标识码：Ａ
中图分类号：ＴＶ４１ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０２９９

１ 研究背景

堆石混凝土（ＲｏｃｋＦｉｌｌｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ，ＲＦＣ）是由大粒径块石堆积形成骨架，然后浇筑具有良好抗离析
性、稳定性、高流动性的自密实混凝土（ Ｓｅｌｆ － ＣｏｍｐａｃｔｉｎｇＣｏｎｃｒｅｔｅ，ＳＣＣ），胶结形成的一种大体积混凝
土 ［１］ 。ＲＦＣ技术依靠其施工工艺简单、低水化热、造价低廉、施工速度快等优点，在我国已得到广泛
应用 ［２ － ３］ 。截至 ２０２３年 ５月，ＲＦＣ技术累计应用工程 ２２７座，ＲＦＣ筑坝工程 １６４座，完成浇筑总量达
７５９．４１万 ｍ ３［４］ 。
ＲＦＣ中堆石体积占据总体积的 ５５％左右 ［５］ ，这使得块石对 ＲＦＣ的损伤、断裂破坏具有重要影响。
为研究块石对 ＲＦＣ断裂性能的影响，国内外学者对 ＲＦＣ开展 了大 量的 试验 和 理 论研 究。Ｈｅ等 ［６］ 、
Ｗａｎｇ等 ［７］ 及徐锡权等 ［８］ 分别通过楔形劈拉试验、抗压强度试验及断裂韧性试验，得到 ＲＦＣ破坏模式
主要是块石与 ＳＣＣ界面的粘结破坏，裂缝沿交界面发展，只有极少数块石发生断裂。Ｍｏｈａｍｅｄ等 ［９］ 通
过建立的 ＲＦＣ数值模型，得到堆石体积和百分含量与堆石的承载能力成反比。国内外学者对混凝土的

收稿日期：２０２３ － ０５ － ２３
基金项目：国家自然科 学 基 金 青 年 项 目 （５１９０９２２３）； 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 （５２０３９００５）； 陕 西 省 青 年 科 技 新 星 项 目
（ ２０２２ＫＪＸＸ － ８５）；陕西省教育厅重点科学研究计划项目（２２ＪＳ０４１）；清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室开
放基金项目（ ｓｋｌｈｓｅ － ２０２３ － Ｃ － ０４）
作者简介：罗滔（ １９８７ － ），博士，副教授，主要从事堆石体和堆石混凝土研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｕｏｔａｏ１９８７０４２６＠１２６．ｃｏｍ
通信作者：杨毅（１９８９ － ），博士，讲师，主要从事堆石混凝土热力学性能研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｙａｎｇ＿ｙｉｘｎ＠１６３．ｃｏｍ

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