随着筑坝技术的发展,沥青混凝土心墙堆石坝坝高已达到l00m以上,如挪威的Storglomvatn坝坝高128m,我国四川的冶勒坝坝高125.5m等。在高沥青混凝土心墙堆石坝的建设中,沥青心墙的水力劈裂问题不时引发人们的关注。沥青混凝土与防渗土料相比明显不同。当土体填筑含水量为10%时,其孔隙率可达20-30%,土体中的孔隙水可以形成连续分布的静水压力。而沥青混凝土孔隙率很低,一般小于3%,加之沥青本身憎水,其内部无法形成连续分布孔隙水压力。另外10℃C时的沥青黏度已经大到无法量测,已有试验证实,水压力通过沥青传递压力的可能性也微乎其微。由于孔隙水压力及其压力传递这一主要先决条件不存在,沥青混凝土的水力劈裂一般可以不考虑。但是出于工程安全的考虑,国内一些沥青混凝土心墙坝在建设过程中,曾进行了水力劈裂问题的研究。目前已有的沥青混凝土水力劈裂试验研究,主要是检验在心墙实际受力状态下,是否会产生水力劈裂。但由于缺乏合适的试验方法,相关实验研究仍存在种种不足,对水力劈裂问题的研究还有待深入。对于剪胀是否会引发水力劈裂问题,未见有文献研究。本论文根据国内某高沥青混凝土心墙坝的设计情况,对沥青混凝土发生剪胀时的水力劈裂问题进行了研究,试验中选取沥青混凝土因剪胀导致孔隙率升至3.5%左右,且小主应力为零,对应的作用水压力为0.13MPa。具体研究内容包括:(1)研究沥青混凝土不同孔隙率与抗拉强度的关系,了解因剪胀导致孔隙率上升后沥青混凝土抗拉强度的变化,以及沥青混凝土心墙内一旦形成孔隙水压力,沥青混凝土抵抗水力劈裂的能力变化。(2)研究不同孔隙率下沥青混凝土的渗透特性和水力劈裂特性及在水压力作用下沥青混凝土内部孔隙水压力的形成及演变规律。(3)根据试验结果,对孔隙率为3.5%的沥青混凝土,在小主应力为零、作用水压力为0.13MPa时的抵抗水力劈裂能力进行了评价。论文创新点:(1)大量直拉、弯拉试验,研究分析了孔隙率对抗拉强度和极限拉伸应变的影响,并建立了相关关系。(2)开发了水力劈裂模型试验装置,通过模型试验研究了不同孔隙率沥青混凝土的水力劈裂演变规律。论文主要结论:(1)在0.13MPa水压力作用下且无竖向无外力作用时,孔隙率3.5%的沥青混凝土会发生水力劈裂,孔隙率3.0%的沥青混凝土历经近500h试验,未发现有发生水力劈裂的迹象。孔隙率越小,发生水力劈裂破坏所需的时间越长。当竖向施加有拉应力时,会加速水力劈裂破坏。(2)沥青混凝土塑性变形性明显,发生水力劈裂时的塑性区尺寸已大于试件尺寸,不适于用断裂力学方法进行分析,可以采用黏弹塑性力学方法进行分析。(3)通过不同拉伸应变速率的拉伸试验,得出沥青混凝土的抗拉强度随拉伸应变速率的降低而减小、极限拉伸应变随拉伸应变速率的降低而增大的规律。据此,建议今后进行沥青混凝土水力劈裂破坏分析时,应以极限拉伸应变作为判断依据。(4)沥青混凝土的水力劈裂与其剪胀特性、所在部位的应力状态、作用的水压力有关,对于可能发生水力劈裂的部位,工程中可采用控制沥青混凝土剪胀性的方法,防止水力劈裂的发生。