(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210647263.6 (22)申请日 2022.06.08 (71)申请人 郑州大学 地址 450000 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 王娟　许修铭　胡昱　方宏远　 邓宇　管俊峰　邢文婧　 (74)专利代理 机构 成都东恒知盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51304 专利代理师 李英 (51)Int.Cl. G01N 3/12(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) (54)发明名称 一种水环境下混凝土结构薄弱面力学性能 分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种水环境下混凝土结构薄 弱面力学性能分析方法， 包括以下步骤： 建立数 值模型、 确定裂缝水压分布、 约束边界条件、 施加 压力、 真实试验与模拟试验分析对比。 本发明通 过有限元软件制备带有预制V型裂缝的混凝土试 件， 在混凝土顶端施加竖直轴向力， 在V型裂缝面 施加均布水压力， 最大程度上模拟大坝实际受力 状况， 使得试验分析得出的结论具有代表性， 然 后对真实实验和数值模拟结果进行对比， 分析高 水压对混凝 土结构薄弱面力学性能的影响。 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 CN 115184165 A 2022.10.14 CN 115184165 A 1.一种水环境下混凝土结构薄弱面力学性能分析方法， 其特征在于， 所述分析方法包 括如下步骤： S1、 建立数值模型； S2、 确定裂缝 水压分布； S3、 约束边界条件； S4、 施加应力； S5、 真实试验与模拟试验分析对比。 2.根据权利要求1所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 所述步骤S1中， 建立数值模型过程中， 根据水环境下混凝土试件的弹性模量、 泊松比和密 度， 在有限元软件中得到长宽高分别为a ×b×c的模型试件， 确定裂缝面尺寸、 位置后得到 混凝土薄弱面， 并在裂缝外围建立圆柱型 水箱， 水箱位置在裂缝面 一侧中央位置 。 3.根据权利要求2所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 所述计算得到 混凝土裂缝薄弱面是通过波尔运算得到混凝土裂缝薄弱面， 然后对裂缝尖端 关键点进行选择后合并， 得到V字型裂缝面， 得到裂缝面无宽度。 4.根据权利要求3所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 对水箱前端面进行波尔运算， 得到一个圆环和 一个扁平 圆柱体， 对所得圆柱的内侧 面施加 全水头水压， 圆环的厚度为水箱的壁厚。 5.根据权利要求1所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 所述步骤S2中确定裂缝 水压分布是选择将全水头的水压施加在裂缝面的加载 方式。 6.根据权利要求1所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 所述约束边界条件是在混凝 土底面进行全约束， 约束底面的六个自由度。 7.根据权利要求1所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 所述步骤S4中， 施加应力的过程中， 在混凝土试件端部通过波尔运算得到施加轴向拉力、 压 力的面积区域， 确定轴向力的大小， 在水箱的内表面和水箱包含的混凝土面施加全水头的 水压力。 8.根据权利要求1所述的水环境下混凝土结构薄弱面力学性 能分析方法， 其特征在于： 所述步骤S5中真实试验与模拟试验分析对比具体是： 先采用试验装置对水环 境下混凝土试 件进行真实的水力劈裂试验并对试验结果进行记录， 通过对比真实试验和数值模拟的结 果， 分析混凝 土结构薄弱面力学性能机理， 得到水压和混凝 土薄弱面的应 变、 应力关系。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115184165 A 2一种水环境下混凝土结构薄弱面力学性能分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及混凝土水力劈裂模拟试验技术领域， 具体涉及一种水环境下混凝土结 构薄弱面力学性能分析 方法。 背景技术 [0002]近些年来我国经济 的发展和工程技术的提高， 高混凝土坝的数量在不断增多。 随 着黄河流域水电开 发逐步完善， 西南地区300 m级超高大坝如锦屏一级 拱坝、 溪洛渡拱坝、 白 鹤滩拱坝、 小湾拱坝等的兴建和投入使用， 在高水压作用下大坝裂缝 的安全将直接影响到 大坝的正常运行， 大坝薄弱面的力学性能成为研究热点。 [0003]混凝土是以水泥为主要胶结材料， 其主要成分有固体颗粒、 硬化的水泥砂浆、 气 孔 和缝隙。 混凝土在浇筑养护过程中会在内部生成孔隙和产生微裂缝， 这些初始缺陷对混凝 土的力学性能有着较大影响。 近年来中国水利工程施工水平的不断提高， 目前已经能建成 无缝的混凝土坝。 但在大坝运行期间， 温度应力、 混凝土在水中性能的劣化作用、 极端状况 下运行都会使得大坝产生裂缝， 因此研究高水压下大坝薄弱面的力学机理有着重要意义。 由于模拟大坝薄弱面的水力劈裂试验操作较为困难且花费较高， 水力劈裂试验相对较少 。 目前有关水力劈裂的机理分析还较少， 分析结果也大都不具有代表性。 为进一步研究水环 境作用下混凝土结构薄弱面承受水压 问题， 最大程度上模拟真实水环境下混凝土的性能， 通过真实试验和数值模拟分析 大坝薄弱面水力劈裂机理。 发明内容 [0004]为解决现有技术中存在的问题， 本发明提供了一种水环境下混凝土结构薄弱面力 学性能分析方法， 基于工程实际确定混凝土试件的弹性模量、 泊松比、 密度。 然后在有限元 软件中建立混凝土试件， 通过波尔运算得到混凝土裂缝薄弱面， 根据实际状况确定裂缝内 水压分布， 然后确定边界条件， 进行加载求解。 通过模拟结果和真实试验结果进行对比， 揭 示混凝土结构薄弱面力学性能， 使得结论更具有可信性和 准确性， 解决了上述背景技术中 提到的问题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 一种水环境下混凝土结构薄弱面力 学性能分析 方法， 所述分析 方法包括如下步骤： [0006]S1、 建立数值模型； [0007]S2、 确定裂缝 水压分布； [0008]S3、 约束边界条件； [0009]S4、 施加应力； [0010]S5、 真实试验与模拟试验分析对比。 [0011]优选的， 所述步骤S1中， 建立数值模型过程中， 根据水环境下混凝土试件的弹性模 量、 泊松比和密度， 在有限元软件中得到长宽高分别为a ×b×c的模型试件， 确定裂缝面尺 寸、 位置后得到 混凝土薄弱面， 并在裂缝外围建立圆柱型水箱， 水箱 位置在裂缝面一侧中央说　明　书 1/3 页 3 CN 115184165 A 3