混凝土大坝即使是在正常使用条件下,大坝和基岩的胶结面在初始缺陷和复杂荷载作用下很容易产生界面裂缝。界面裂缝在静水压力作用下的扩展会降低大坝的承载能力,严重时甚至会导致大坝的整体倾覆破坏。更特别的是,大坝的破坏行为往往与界面裂缝的扩展模式有关。因此,准确预测界面裂缝的扩展过程和扩展轨迹对确保大坝在正常使用条件下的安全和耐久性有至关重要的意义。而大坝与基岩界面裂缝的扩展问题可以归结为岩石-混凝土界面的裂缝扩展问题。为了准确预测岩石-混凝土界面裂缝的扩展过程和扩展轨迹,本文开展了如下的研究工作:(1)岩石-混凝土界面I型断裂特性试验研究采用三点弯曲梁试验,通过人工刻槽处理岩石界面,研究了界面粗糙度对岩石-混凝土界面I型断裂的影响,获得了完整的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线和荷载-加载点位移(P-δ)曲线。根据电阻应变片法测得的起裂荷载,利用ANSYS有限元分析软件计算得到了试件的I型起裂断裂韧度。试验结果表明,岩石-混凝土界面的I型起裂断裂韧度和界面断裂能都会随着界面粗糙度的增加而大幅度提高。(2)岩石-混凝土界面I-II复合型断裂特性试验研究采用四点剪切梁试验,通过改变岩石块长度和人工刻槽处理岩石界面,研究了界面粗糙度和模态比对岩石-混凝土界面I-II复合型断裂的影响,获得了P-CMOD曲线和荷载-裂缝口滑动位移(P-CMSD)曲线。另外,根据电阻应变片法测得了起裂荷载,利用ANSYS有限元分析软件计算得到了不同工况下试件的起裂断裂韧度(K1ini,K2ini)。试验结果表明,不同模态比下相同粗糙度试件的起裂断裂韧度近似围成1/4椭圆;随着界面粗糙度的增加,这一1/4椭圆逐渐扩大,即界面的抗裂性能随着粗糙度的增加而不断增强。(3)岩石-混凝土界面I型断裂过程中FPZ变化规律的数值研究基于虚拟裂缝模型的理论,采用以起裂断裂韧度为判据的I型界面裂缝扩展准则对自然界面和人工刻槽界面的岩石-混凝土复合梁在三点弯曲加载条件下的断裂全过程进行了模拟。首先,通过对比各个工况下试件P-CMOD曲线和FPZ变化的试验结果和数值模拟结果,对上述的数值模拟方法的有效性进行了验证。然后,采用这个已被验证有效的数值方法对三组不同试件尺寸和不同初始缝高比的复合梁在三点弯曲加载条件下的断裂过程进行了模拟。基于模拟结果,讨论了FPZ的尺寸效应和K2/K1在断裂过程中的变化。结果显示,试件的韧度长度对岩石-混凝土界面FPZ的变化影响很大,同时在界面裂缝的扩展过程中试件的尺寸影响K2/K1的比值。(4)岩石-混凝土界面I-II复合型裂缝扩展准则与数值分析本文通过对三点弯曲梁和四点剪切梁的起裂断裂韧度数据进行归一化处理,得到了不受粗糙度影响的界面起裂方程,在这个起裂方程的基础上,根据虚拟裂缝模型理论提出了沿界面扩展的裂缝扩展准则。利用ANSYS有限元软件对所有工况下岩石-混凝土梁的断裂全过程进行了模拟,P-CMOD曲线的数值与试验结果吻合良好。最后,根据本文提出的岩石界面扩展的裂缝扩展准则,结合界面最大周向应力准则,对界面裂缝的扩展模式进行了讨论。结果表明,只要通过试验得到岩石、混凝土以及岩石-混凝土界面的I型起裂断裂韧度,利用本文提出的方法就可以预测界面裂缝扩展过程和扩展模式。