三轴作用下塑性混凝土应力应变特性试验

为了分析塑性混凝土的应力应变关系,设计了2组配合比浇筑18个圆柱体试件进行三轴试验,得到了试件的工程应力应变曲线。通过分析工程应力应变曲线的特性修正了工程应力应变曲线,并分析了不同配合比下塑性混凝土峰值应力、割线模量与围压的相关关系。结果表明:围压作用下的应力应变曲线在弹性阶段后表现出明显的应变硬化特征,随着应力的不断增加,应变增大,待应变增加到10-3左右后,应力基本保持不变,即没有峰值应力,并且应力应变曲线几乎没有下降段;通过面积修正法对试验数据进行修正,修正后的应力应变曲线比较符合实际;提出了三轴作用下应力应变曲线修正后上升段曲线的本构关系模型,拟合程度达到99.5%。     

真三轴试验下真实应变对塑性混凝土应力 －应变特性的影响

目前国内外学者对于塑性混凝土的研究工作大部分都是基于其小应变假定的基础上进行的, 为了分析塑性混凝土大极限应变对其应力－应变特性的影响,设计了4组塑性混凝土配合比及12个围 压环境进行真三轴试验。研究了塑性混凝土的峰值强度及峰值后曲线特征。结果表明:小应变假定和 真实应变下峰值强度与围压环境的相对变化关系一致,当第三主应力相同时,塑性混凝土的峰值强度随 第二主应力的增大而增大,但增幅越来越小;当膨润土掺量为零时,小应变假定和真实应变下应力－应 变峰值后曲线特征一致,呈现近似塑化或理想塑化特征;当膨润土掺量不为零时,真实应变下塑性混凝 土应力－应变曲线峰值后出面明显下降段,出现明显峰值点。     

玄武岩纤维混凝土应力-应变全曲线试验研究

玄武岩纤维是混凝土良好的增强增韧材料,应力－应变全曲线是混凝土最基本的本构关系,是钢筋混凝土结构分析中重要的物理方程。采用单轴压缩试验,进行了玄武岩纤维混凝土单轴受压应力－应变全曲线研究,开展了不同纤维掺量与矿物掺合料种类对各特征点应力－应变关系及全曲线本构参数的影响规律研究。研究表明,玄武岩纤维可提高混凝土的韧性和破坏后的延性,掺入玄武岩纤维后混凝土应力－应变全曲线峰值点、反弯点与临界剪切点处的应力均有所提高,在纤维掺量为０．１０％时最大,各点对应的应变随玄武岩纤维掺量增加而增大,在纤维掺量为０．１２％时最大;当纤维掺量为０．１２％时,玄武岩纤维混凝土应力－应变全曲线上升段本构参数αａ为１．７６,下降段本构参数αｄ为１．７１;掺入粉煤灰会进一步降低玄武岩纤维混凝土的脆性,而磨细矿渣粉则相反。     

塑性混凝土单向受压应力-应变关系的试验研究

通过棱柱体试件的单向受压试验,研究了水胶比和龄期对塑性混凝土单向受压的应力-应变曲线的影响。研究结果表明,单向受压下塑性混凝土的峰值应力随水胶比增加而减小,随龄期的增加而增大,其峰值应变基本在3.000με以上,平均值为3.528με;塑性混凝土应力应变曲线上升段斜率、下降段曲率及陡峭程度均随水胶比的减小或龄期的增加而增大;塑性混凝土单向受压中吸收的能量随峰值应力的增加而线性增加。通过对试验结果的分析,建立了塑性混凝土弹性模量、吸收能量、应力-应变曲线参数a1和a2与峰值应力间的关系式及峰值应力、a2与水胶比和龄期间的关系式。在此基础上,提出了考虑水胶比和龄期影响的单向受压下塑性混凝土应力-应变关系数学表达式。     

海水冻融后轻骨料混凝土的双轴压压强度和变形性能

针对我国渤海湾北部海域轻骨料混凝土结构的工作环境和受力状态，进行了海水中不同冻融循环次数后轻骨料混凝土的双轴压压强度试验，考察了试件的破坏形态和表面裂缝的走向特征。根据试验结果，分析了极限抗压强度随冻融循环次数和应力比的变化规律，并在此基础上建立了考虑海水冻融影响的双轴压压强度准则。探讨了冻融循环作用后轻骨料混凝土的双轴压压变形性能，包括峰值应变、应力-应变关系随冻融循环次数和应力比的变化规律。研究结果说明，随冻融循环次数的增加各种应力比下的应力-应变关系曲线均逐渐扁平，峰值应力点明显下降并右移，说明混凝土的极限抗压强度逐渐降低。     

渠道防渗混凝土三轴力学破坏特性试验研究

文中利用混凝土材料三轴试验系统,针对前海灌区渠道水工混凝土防渗材料开展力学破坏实验研究.分析研究了混凝土试样三轴应力应变特征与加载速率之间关系,以及围压对混凝土试样三轴力学特征影响特性,分析得出:高加载速率可提升三轴强度,无机材料掺率或砂率愈大,则加载速率促进强度增长效应愈显著;峰值应变随无机材料掺率增大,但随砂率为先增后减变化;三轴强度、峰值应变均与围压为正相关关系,但水胶比参数降低,则围压促进强度增长幅度及峰值应变增长幅度均减小.研究成果可为农业灌区水利工程中混凝土材料设计应用提供重要参考.     

冻融循环后全级配混凝土及其湿筛混凝土的力学性能比较

对全级配混凝土试件及其湿筛混凝土试件分别进行0次、50次、100次、150次、200次、250次和300次快速冻融循环试验。观察冻融后试件外观的变化情况，测定冻融循环后全级配混凝土和湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度，讨论了冻融循环对抗压强度、抗拉强度及其应力应变关系的影响。试验发现，冻融循环后全级配混凝土的外观破损情况较湿筛混凝土严重得多。试验结果表明，随冻融次数增加，全级配混凝土与湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度均明显降低，但全级配混凝土的降低值较湿筛混凝土的降低值大，特别是抗拉强度，降低幅度更大。两种混凝土单轴压应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向右下方移，曲线形状变得扁平，而其单轴拉应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向左下方移动，曲线变短。通过对试验结果的分析，建立了全级配混凝土和湿筛混凝土之间单轴压及单轴拉关系的数学公式，可以为寒冷地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。     

混凝土的一种非相关流塑性本构模型

通过实验认识混凝土的三个特性，(1)初始屈服强度为零；(2)三向等压条件下应变和塑性应变均与应力呈线性关系；(3)有扩容出现时应力-应变曲线将进入下降段，但有下降段出现不一定出现扩容。以此为基础，采用半经验半理论的方法建立了混凝土的非相关流塑性本构模型。模型能够保证在单调加载下应力-应变曲线是光滑的，在峰值点处严格遵守Willam-Warnke三参数强度准则，在下降段有稳定的变化趋势，并能描述体积压缩和扩容现象。     

三向应力状态下钢纤维混凝土的变形特性

利用作者研制的混凝土三轴试验系统，通过１８４块钢纤维混凝土试块在三向受压。两压一拉，两拉一压及三拉应力状态下试验研究，系统探讨了三向受力状态下钢纤维混凝土的变形特性，分析了应力－应变关系曲线的特点以及纤维含量和中间应力对峰值应变的影响，讨论了三向应力状态下的体积应变规律。     

冻融循环后全级配混凝土及其湿筛混凝土的力学性能比较

对全级配混凝土试件及其湿筛混凝土试件分别进行0、50、100、150、200、250和300次快速冻融循环试验。观察冻融后试件外观的变化情况,测定冻融循环后全级配混凝土和湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度,讨论了冻融循环对抗压强度、抗拉强度及其应力应变关系的影响。试验发现,冻融循环后全级配混凝土的外观破损情况较湿筛混凝土严重得多。试验结果表明,随冻融次数增加,全级配混凝土与湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度均明显降低,但全级配混凝土的降低值较湿筛混凝土的降低值大,特别是抗拉强度,降低幅度更大。两种混凝土单轴压应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向右下方偏移,曲线形状变得扁平,而其单轴拉应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向左下方移动,曲线变短。通过对试验结果的分析,建立了全级配混凝土和湿筛混凝土之间单轴压及单轴拉关系的数学公式,可以为寒冷地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。     

塑性混凝土立方体和圆柱体试件的力学特性数值模拟研究

为研究塑性混凝土立方体和圆柱体试件力学特性的差异,采用 FLAC3D 有限差分软件模拟了塑性混凝土单轴压缩试验,数值模拟得到的塑性混凝土单轴应力 - 应变关系与试验结果基本一致,说明采用 FLAC3D 开展塑性混凝土力学特性数值分析是可行的。在此基础上,分别开展了立方体和圆柱体塑性混凝土试件的三轴试验数值模拟,获得了塑性混凝土试件应力 - 应变曲线、峰值强度和峰值应变,并分析了两种试件位移云图。研究表明在相同参数下立方体试件峰值强度普遍比圆柱体试件偏大,峰值强度随着围压近似线性增长。     

应力偏量加载条件下混凝土力学行为试验研究

为了分离平均应力、广义剪应力和罗德角对混凝土变形的影响，采用解耦应力路径，在液压伺服真三轴试验机上对边长为100mm的立方体混凝土试块进行准静态加载。对每个试块先施加平均应力到设计值，并与罗德角一同保持不变，单调地施加应力偏量。平均应力有5档，罗德角有3档（分别对应于拉、压、剪加载），两者组合成15组应力路径。给出了15组路径对应的偏应力~偏应变曲线、广义剪应力~广义剪应变曲线，分析了平均应力、罗德角对峰值应力、峰值应变、软化特性等力学特征的影响。首先，发现在平均应力、罗德角恒定的加载过程中，广义剪应力~广义剪应变曲线在下降段的变化幅值远远小于单轴和三轴比例加载时的变化幅值；并解释为，对于后者，加载中应力球量的变化放大了强化、软化作用。其次，发现如果用等向强化的屈服面描述混凝土的力学行为，则随着加载的进行在同一偏平面上屈服面的截面图除了大小发生变化之外，形状也发生变化；在不同的偏平面上，截面图之间形状并不相似。第三，证明了由应力的第一不变量和偏应力的第二不变量组成的塑性势函数只能描述拉伸和压缩这类假三轴加载，而不适用于剪切等真三轴加载。     

冻融循环后在三向受压荷载下混凝土性能的试验研究

本文对经过0、25、50、75次快速冻融循环作用的混凝土试件进行了三个方向均为压荷载时的力学性能测试，观察了试件的破坏形态以及裂缝的走向特征，测得了试件的强度和应变，并采集到了应力-应变关系曲线。根据试验结果，讨论了冻融循环次数及中间应力对峰值应力及其所对应的应变的影响，建立了冻融循环后试件应变与中间应力比的关系式。     

重复荷载下钢纤维混凝土轴压全曲线的研究

分析了单向重复轴压应力作用下，钢纤维混凝土应力应变全过程曲线的特点，和决定全曲线形状的特征值及其与钢纤维含量特征参数的相关关系，提出了钢纤维混凝土在重复轴压荷载作用下应力应变全过程曲线的解析表达式。     

高性能混凝土本构关系研究

本文主要介绍了高性能混凝土和普通混凝土在无减摩和减摩情况下的本构关系试验比较结果，着重对抗压极限强度，峰值压应变，应力－应变关系，弹性模量，泊松比，初裂应力等进行分析比较。研究表明：高性能混凝土与普通混凝土相比，压缩弹性阶段较长，弹性模量较高，两种混凝土峰值压应变、泊松比较接近，初裂应力都较大；减摩措施降低了这两种混凝土的抗压强度测值，普通混凝土的初裂应力和弹性模量测值，但减摩对高性能混凝土弹模影     

有侧压混凝土动态劈拉力学性能试验研究

为模拟混凝土结构在地震等动态荷载作用下的真实应力状态,进行不同侧压力下的混凝土动态劈拉试验。对混凝土劈拉强度、峰值应变、弹性模量等力学性能与应变速率、侧压力之间的变化规律展开深入的分析,并基于统计分布理论改进了Mazars劈拉本构模型。研究结果表明,侧压力作用下混凝土劈拉受荷的力学性能仍具有率效应,应变速率和侧压力的增大均会引起混凝土劈拉强度与劈拉弹性模量的提高,混凝土动态峰值应变会随侧压力增大呈现出先减小后增大的变化规律。改进后的本构模型对不同侧压力下的混凝土动态劈拉应力-应变曲线拟合效果都很好,其中上升段拟合参数c值受应变速率与侧压力的双重影响,而下降段拟合参数A_T和B_T值则主要由试验条件决定。与其他学者的数据进行拟合比较,可以发现该模型具有很好的适用性。     

高性能混凝土本构关系研究

本文主要介绍了高性能混凝土和普通混凝土在无减摩和减摩情况下的本构关系试验比较结果，着重对抗压极限强度、峰值压应变、应力 应变关系、弹性模量、泊松比、初裂应力等进行分析比较。研究表明:高性能混凝土与普通混凝土相比，压缩弹性阶段较长，弹性模量较高，两种混凝土峰值压应变、泊松比较接近，初裂应力都较大；减摩措施降低了这两种混凝土的抗压强度测值、普通混凝土的初裂应力和弹性模量测值，但减摩对高性能混凝土弹模影响不大，且提高了高性能混凝土的初裂应力。     

防渗墙刚性混凝土单轴及三轴受压的本构关系试验研究

采用简易σ－ε测试系统和日本产动液压伺服铡性试验机进行了防渗墙用刚性混凝土的单轴及三轴受压的全应力－应变试验，并分析了刚性混凝土在受压时不同阶段的破坏行为。成果表明：试验所用的刚性混凝土弹模值较低，比例极限较高，峰值应变较大；低围压的三轴状态下刚性混凝土的轴压强度和弹模随围压增加而增大，但弹强比则相反，这种刚性混凝土作防渗墙墙体材料对周围介质的变形有较好的适应能力，全应力－应变曲线对防渗墙的非线性     

应力偏量加载条件下混凝土力学行为试验研究

为了分离平均应力、广义剪应力和罗德角对混凝土变形的影响,采用解耦应力路径,在液压伺服真三轴试验机上对边长为100mm的立方体混凝土试块进行准静态加载。对每个试块先施加平均应力到设计值,并与罗德角一同保持不变,单调地施加应力偏量。平均应力有5档,罗德角有3档 （分别对应于拉、压、剪加载） ,两者组合成15组应力路径。给出了各组路径对应的偏应力-偏应变曲线、广义剪应力-广义剪应变曲线,分析了平均应力、罗德角对峰值应力、峰值应变、软化特性等力学特征的影响。结果表明,在平均应力、罗德角恒定的加载过程中,广义剪应力-广义剪应变曲线在下降段的变化幅值远远小于单轴和三轴比例加载时的变化幅值;如果用等向强化的屈服面描述混凝土的力学行为,则随着加载的进行在同一偏平面上屈服面的截面图除了大小发生变化之外,形状也发生变化;在不同的偏平面上,截面图之间形状并不相似。进而证明了由应力的第一不变量和偏应力的第二不变量组成的塑性势函数只能描述拉伸和压缩这类假三轴加载,而不适用于剪切等真三轴加载。     

大尺寸饱和混凝土单轴压缩动态性能试验研究

为了解饱和混凝土材料的动态特性,开展了大尺寸饱和混凝土在不同应变速率下的单轴压缩试验。试验在大型多功能液压静动力三轴仪上进行,采用300 mm×600 mm圆柱体混凝土试件, 得到了大尺寸饱和混凝土的动态力学性能参数,并根据破坏形态分析了其破坏机理。试验结果表明:峰值应力、吸能能力随着应变速率增大而增加,峰值应变、弹性模量随着应变速率的增大整体上增加。根据应力-应变关系的特点,建立了峰值应力前服从Weibull统计分布,峰值应力后服从Lognormal统计分布的损伤本构模型。混凝土破坏形态表现为多个共轭斜面的剪切破坏,根据试件破坏后裂缝开展情况,解释了混凝土破坏剥落原因,并从材料组成、吸能能力等方面分析了其破坏机理。