冻融劣化与荷载预损伤对混凝土应变率效应的影响分析

利用10MN多功能三轴仪和TR-TSDRSL冻融仪,对历经不同冻融循环后混凝土进行一定幅值的加载历史后,按照不同加载速率单调加载直至破坏,开展了冻融劣化混凝土单调荷载历史后的单轴试验。试验结果表明,冻融劣化混凝土预加载历史与峰值应变和残余变形皆呈一次线性关系,同干燥状态下混凝土预加载历史和峰值应变的关系相同;随应变速率和预加载历史的提高,冻融劣化混凝土弹性模量单调增大,预加载历史的增强作用更明显,两类变化均存在明显的阈值;分析了混凝土的破坏形态与破坏机理,冻融劣化混凝土加载过程存在一个"压密"过程,应力应变全曲线在峰值应力处存在"应力平台",冻融次数越大,"应力平台"持续应变越长。     

冻融循环对混凝土静态双轴受压力学特性的影响

对不同冻融劣化程度的混凝土进行了不同侧压(0、0.06f_c、0.12f_c、0.18f_c、0.24f_c,其中f_c为单轴抗压强度)下的静态(应变速率10~(-5)/s)单双轴压缩试验,分析了冻融次数和侧压力大小对混凝土的峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。结果表明,混凝土的单轴和双轴抗压强度均随冻融次数的增加而减小;冻融次数越多,混凝土峰值应力随侧压的增加,其增幅越大;混凝土单轴受压时的峰值应变随冻融次数的增加而增大;相同冻融次数的混凝土,其峰值应变随侧压的增加呈先增大后减小的趋势,冻融次数越多,峰值应变的拐点所对应的侧压越小,侧压对混凝土峰值应变的敏感性受冻融次数的影响越显著;混凝土的弹性模量随冻融次数的增加逐渐减小;混凝土未冻融时,弹性模量随侧压的增加而增大,而冻融劣化的弹性模量随侧压的增加无明显改变。     

冻融劣化混凝土冰冻状态下单轴动态劈拉力学性能研究

为研究冻融劣化混凝土冰冻状态下的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对经历不同冻融循环次数(0、10、20、30、40次)后冰冻状态下的混凝土进行不同应变速率(10-5、10-4、5×10-4、10-3、5×10-3/s)下的单轴劈拉加载试验,分析了冰冻状态下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量随应变速率和冻融循环次...     

循环孔隙水压后的混凝土动态损伤特性研究

利用10MN大型多功能静动力三轴仪对经历不同循环孔隙水压(0、1、3、5、7 MPa)作用后的混凝土进行不同应变速率(10~(-5)、10~(-4)、10~(-3)s~(-1))下的压缩试验,分析其力学特性,并基于改进的能量法损伤表达式研究了不同应变速率对混凝土损伤发展的影响。结果表明,当应变速率较低时,混凝土的峰值应力、峰值应变随循环孔隙水压力值的增大呈减小趋势,损伤曲线比较分散,且增加循环孔隙水压力混凝土损伤将提前;当应变速率较高时,峰值应力、峰值应变呈现不同程度的上升,曲线较为集中,增加循环孔隙水压力使混凝土的损伤发生滞后。     

基于声发射技术的冻融劣化混凝土单双轴动态抗压试验

为研究混凝土材料在冻融循环后单双轴动态抗压时的力学性能,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪进行单、双轴试验,采用新型动态无损检测声发射技术实时采集声发射数据,分别建立不同加载速率、不同冻融循环次数下的应力和声发射参数与时间的对应关系,分析混凝土在不同工况下内部损伤破坏的过程及规律。结果表明,动态加载速率下,在加载前期无声发射能量信号产生,达到峰值应力附近时能量急剧释放;双轴状态下声发射最大能量滞后效应增大,卸载阶段有声发射能量产生;随着冻融循环次数的增加,损伤演化路径随冻融程度的加深逐渐发生前移。所建立的损伤模型能很好地反映由声发射能量数确定的损伤值D与应力水平V(%)之间的关系。     

基于轴-径环状分层CT扫描的岩石冻融损伤分析

为研究岩石在冻融循环作用下的破坏损伤机理,结合CT扫描分析法,提出了一种基于轴-径环状分层精确CT扫描的岩石冻融损伤分析方法,将该方法运用于三峡库区砂岩的冻融循环损伤分析,并对各阶段损伤砂岩进行三轴加载试验。结果表明,同一冻融循环次数下,砂岩体积CT值由外向内不断增大,且越靠近外圈层体积CT值减幅越大;随着循环次数增加,损伤变化表现为由外向内的渐进式损伤破坏,在初始损伤阶段,损伤集中于砂岩外层,体积CT值、三轴峰值应力及破坏应变变幅较小;深层损伤阶段,砂岩外部外圈剥落,冻融损伤侵入内部,此时体积CT值、三轴峰值抗压强度及破坏应变变幅明显增大。该方法对岩石冻融损伤分析及冻融灾害防治具有重要的现实意义。     

单轴压缩下加载速率对石膏波速变化影响的试验研究

为研究单轴压缩下加载速率对石膏波速变化的影响,在4种不同加载速率下对石膏试样进行了单轴压缩试验,测试了加载过程中试样横向的纵波波速随应力的变化关系。结果表明,随着加载速率的增大,试样弹性模量和单轴抗压强度增大,峰值波速增大明显,与加载速率呈二次方关系;随加载速率增大,试样微裂纹更发育,材料更破碎,试样破坏类型向锥形破坏演变,使破坏点的波速明显随加载速率增大而减小;应力—波速曲线的斜率在峰值前随加载速率增大而减小,在峰值后则呈相反规律;随加载速率增加,在应力—波速曲线破坏点前,存在波速缓慢减小的过渡段与应力—应变曲线上由线弹性区向塑性区的转变段（损伤阈值出现段）相对应,其应力值占单轴抗压强度的60%~70%。     

低温环境中水工沥青混凝土动态抗压性能研究

为研究低温环境中水工沥青混凝土在地震作用下的动力特性及破坏模式,在不同温度和应变率下对水工沥青混凝土现场芯样进行了动态抗压试验,深入分析了温度和应变率对水工沥青混凝土的破坏形式、应力应变特性、峰值应力及弹性模量等力学性能的影响。结果表明,随着应变率的增加,水工沥青混凝土的破坏模式由微裂纹破坏、拉剪破坏过渡至劈裂破坏,应力应变曲线由应变硬化型向应变软化型转变,抗压强度和弹性模量也随之增大;随着温度的降低,水工沥青混凝土强度和刚度明显增大,具有明显的低温硬化效应。此外,基于试验结果建立了沥青混凝土的动态本构模型,该模型参数较少且与试验结果吻合度较高,具有一定的实用性。     

动态三轴压缩下混凝土的能量演化规律

为探究复杂应力状态下混凝土变形破坏过程中的能量演化规律、揭示混凝土变形破坏的本质特征，利用静动力三轴仪进行不同应变速率(10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s)与不同侧向围压下(4.5、6.0、9.0、12.0 MPa)的混凝土三轴动态力学试验，研究了动态三轴压缩下混凝土的总能量密度、弹性应变能密度和耗散能密度随轴向应变的演化规律，进一步分析了应变速率和侧向围压对混凝土能量演化规律的影响。结果表明，随轴向变形的增加，混凝土的总能量密度和耗散能密度呈非线性增加，弹性应变能密度先增大后减小。应变速率和侧向围压的增大均提高了混凝土的单位储能极限，且混凝土的储能极限表现出较强的速率敏感性；储能极限与侧向围压近似呈线性关系；随侧向围压的增大，混凝土储能极限的速率敏感性呈降低趋势。     

混凝土界面过渡区力学性质的非均质性对混凝土强度和损伤演化的影响

采用PFC3D软件，生成了结构上含三维随机骨料、界面过渡区在力学性质上服从Weibull分布的颗粒集合体模型，研究了混凝土中界面过渡区力学参数的非均质性对混凝土宏观力学性质和损伤演化的影响。研究结果表明，界面过渡区的非均质性对混凝土的宏观力学性质产生了很大的影响，随着界面过渡区均匀性指数的增加，混凝土模型的单轴压缩强度和弹性模量均增加，且均匀性指数和单轴压缩强度、弹性模量拟合呈指数函数关系；界面过渡区的非均质性对微裂纹萌生和损伤演化产生很大影响，损伤演化大致分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤破坏阶段三个阶段；随着均匀性指数的增加，损伤变量门槛值逐渐下降，两者呈指数函数关系。     

循环荷载作用下冻融劣化混凝土能量耗散规律及破坏形态分析

为研究冻融劣化混凝土在循环荷载作用下的能量耗散规律及其破坏形态,对强度等级为C30的混凝土立方体(300mm×300mm×300mm)试件进行压缩试验。结果表明,当冻融循环次数不超过10次时,混凝土应力—应变曲线的外包络线呈两段式。当冻融循环次数超过10次时,包络曲线的应力与应变呈现出非线性增长,且这种非线性增长关系随冻融循环次数的增加而趋于明显;当冻融循环次数由10次逐渐增加至35次时,冻融劣化混凝土的破坏形态由剪压破坏逐渐向轴压破坏转变;冻融劣化混凝土试件在循环加卸载过程中耗散能、弹性应变能、塑性应变能的释放规律一致,都经历了前期能量释放缓慢,中期能量释放迅速,后期能量释放趋于平缓的变化阶段。研究成果可为严寒地区的混凝土构件设计及工程实践提供指导。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

应变率效应对混凝土力学性能影响的细观仿真分析

针对混凝土结构在使用过程中经常会遭遇动荷载作用且作为一种率敏感性材料的动态力学性能将直接影响结构的承载力问题,从细观层次出发,结合试验实测的混凝土各组分静动态应力—应变曲线,拟合了混凝土各组分不同应变率下的本构模型,采用自主开发的混凝土非线性有限元软件,对混凝土试件轴拉试验细观数值进行了仿真,探讨了混凝土抗拉强度、弹性模量随应变率的变化规律。结果表明,混凝土抗拉强度和弹性模量均随应变率的增加而增加,但弹性模量的率敏感性低于抗拉强度的率敏感性,且计算结果与试验结果相吻合。     

考虑冻融作用的混凝土拱坝结构可靠度分析

混凝土拱坝在长期运行过程中,坝体材料受冻融作用易产生劣化效应,影响其结构可靠性和服役寿命。但目前考虑材料劣化作用的拱坝安全性态分析研究较少,不利于拱坝工程长效安全运行。对此,基于实测数据建立了混凝土材料力学性能冻融劣化模型,分析温度荷载、水荷载及材料强度等因素的不确定性,结合某混凝土拱坝实际工程,基于有限元等效应力法与一种改进收敛准则的响应面法,研究了冻融作用下拱坝结构可靠度时变过程。结果表明,随着劣化程度加深,受坝体材料"变软"影响,拱坝结构可靠度初期略微提升,后由于材料强度降低可靠度迅速降低,最终趋于平稳。多年运行后混凝土拱坝结构相对脆弱,日常运行中对两岸拱端等薄弱部位应加强监测与维护。     

强度等级对混凝土双K断裂参数的影响

将线弹性断裂理论与虚拟裂缝模型相结合,利用三点弯曲梁试件在试验中测得了最大荷载、裂缝口张开位移等参数,并据此计算了尺寸为1 100mm×300mm×300mm的3组不同强度等级混凝土试件的起裂荷载、临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度(即双K断裂参数)。结果表明,起裂荷载、最大荷载、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度均随试件强度等级的增大而增大,且起裂荷载占失稳荷载的比重亦随试件强度等级的增大而增大,试件从起裂到破坏持续时间随强度等级的增大而变短。起裂韧度与失稳韧度的比值小于起裂荷载与最大荷载的比值。试件设计强度等级越大,临界有效裂缝长度值越小,延续越差,脆性越大,由起裂到失稳的时间亦越短。     

广西沿海硫酸盐反复侵蚀地聚物混凝土力学试验与损伤特性研究

广西沿海地区海水浪溅及频繁降雨均会导致混凝土构件受到干湿交替作用的影响.通过室内试验探究了干湿交替作用下地聚物混凝土的应力—应变关系、抗压强度与耐侵蚀系数等力学性能.试验结果表明,地聚物混凝土的应力—应变曲线可分为线性增长、减速增长、缓慢下降三个阶段,分别对应试件的弹性变形、弹塑性变形及破坏阶段.不同干湿交替次数条件下...     

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。