真实水荷载对混凝土强度影响的试验研究

为了了解混凝土材料在水环境中的力学性能，本文试验研究了混凝土在水中及三轴应力状态下的抗压强度特性。试验在大型多功能静动三轴仪上进行，混凝土试件采用Φ100mm×200mm圆柱体试件，试验中考虑了不同的水荷载作用方式、围压和湿度含量的影响。试验的水荷载作用方式分为机械围压(试件密封)和真实水围压(试件不密封)两种。围压大小分别为0、2和4MPa。为了确定湿度对混凝土强度的影响，进行了干燥和饱和两种湿度混凝土的三轴压缩试验，并进行对比。试验研究表明，试件密封条件下，干燥和饱和混凝土的强度均随围压增加且效应明显，但干燥混凝土比饱和混凝土的围压效应更显著；在试件不密封条件下，混凝土三轴强度比密封条件下的强度低。试件不密封条件下，饱和混凝土的三轴强度接近其单轴强度，但干燥混凝土强度降低较大。文中还基于混凝土内部孔隙水压力和外部水荷载的相互作用机理，对试验结果进行了初步解释。     

不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性

为研究不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性, 利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪进行不同初始孔隙水压与不同加载速率下的混凝土常三轴试验。结果表明:不同围压下, 混凝土内部孔隙水压的变化规律可分为迅速变化、缓慢变化和趋于稳定3个阶段。不同应变速率下, 混凝土峰值应力随初始孔隙水压的增大逐渐增大, 高应变速率提高了初始孔隙水压力对混凝土峰值应力的影响; 初始孔隙水压力在较大程度上提高了混凝土峰值应力的率敏感性。不同初始孔隙水压力下, 混凝土峰值应力随应变速率的提高逐渐增加。依据试验数据, 基于Weibull统计理论模型构建了混凝土水环境下的经验率型本构方程, 对不同初始孔隙水压下混凝土常三轴动态压缩应力-应变曲线进行描述, 拟合效果良好。这证明所建模型可用来描述不同工况下混凝土应力-应变全曲线及损伤变化规律。     

水压力环境中混凝土的含水量及其对力学性能的影响

为研究有压水环境中混凝土的含水量特征及孔隙水对混凝土力学性能的影响,通过试验获得了混凝土在水压力下的含水量曲线,并基于细观管道孔隙网格模型探讨了水压力变化对含水量和孔隙水分布的影响,进一步分析了混凝土含水量和孔隙水尺度对其静动态力学性能的作用机理。结果表明:混凝土含水量随水压力提高而增加,但水压力超过一定值后,含水量的增幅不显著;在高水压力下混凝土的孔隙水流动空间减少,且部分孔隙水具有更小的尺度,在动态荷载作用下孔隙水将产生显著的黏滞应力和超孔隙水压力,导致混凝土强度随应变速率提高呈非线性增长,但水压力对强度的影响不显著。简言之,水压力环境中混凝土的力学性能不仅与含水量和加载速率有关,还与孔隙水的尺度密切相关。     

孔隙水对混凝土静力特性的影响研究综述

对现有孔隙水对混凝土静力特性影响的试验和理论研究成果进行综述。总结目前的试验研究方法和结论,分析湿度梯度、孔隙水压力以及液体表面张力等因素对混凝土弹性模量和强度的影响机理,指出孔隙水对混凝土特性的影响应是多种因素共同作用的结果。     

波浪作用下海床孔隙水压力发展过程与液化的数值分析

为了探讨波浪作用下海床的液化特性与孔隙水压力发展过程，本文在海床动力响应弹性分析的基础上，将不排水条件下孔压增长模式与动力固结方程相结合，对波浪作用下海床中瞬态与残余孔隙水压力的发展过程与变化规律进行了有限元模拟与分析；对善功企与山崎浩之所提出的海床液化评判准则进行了修正，根据所估算的总孔隙水压力，对波浪作用下海床的液化势进行了评价。     

库水位升降作用下土质边坡渗流场动态变化研究

为探索水库边坡尤其是土质边坡在库水位升降条件下渗流场的变化规律及边坡的稳定性,建立了较大比例尺的库岸土质边坡地质试验模型。用孔压计测得试验模型的孔隙水压力随水位升降的变化值,以非饱和渗流理论为基础,并结合试验所测数据,用Geostudio有限元数值分析软件SEEP/W 模块进行水位升降条件下的瞬态渗流场模拟。结果表明：坡体孔隙水压力随试验水位的升降而变化,坡体位置高程越高,孔隙水压力和基质吸力变化的滞后性越明显。孔隙水压力模拟值与计算值基本一致,表明模拟所选参数和水土特征曲线能反映模型试验情况。     

多维荷载对不同含水率混凝土渗透性的影响

为研究多维荷载对不同含水率混凝土渗透性影响,利用ZYS-1煤岩多功能三轴渗透仪进行不同试验条件下三轴渗透性试验,研究了轴压、围压、孔隙压上升过程中渗透系数的变化趋势,并分别得出渗透系数特征曲线。试验结果表明:混凝土的渗透系数与轴压、围压呈负指数的关系;混凝土渗透系数对围压的敏感性更高,在围压较低时混凝土的渗透系数随围压变化较快;在围压或轴压的作用下,混凝土的渗透系数趋于稳定时,混凝土的渗透系数随着其含水率的增加呈现递减趋势且对混凝土含水率的敏感度逐渐降低。上述研究成果对研究和提升混凝土的耐久性具有重要意义。     

水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能研究

为了研究粉煤灰对水围压下混凝土的含水量及其动态力学特性的影响,对粉煤灰掺量为0、20%和40%的混凝土试件（F00、F20和F40）进行了不同水围压（1、3和5 MPa）和不同应变速率（10?5、10?4、10?3和10?2/s）作用下的动态压缩试验,同时还开展了大气环境中干燥混凝土试件的动态压缩试验。分析了水围压、粉煤灰掺量对混凝土含水量的影响,并结合含水量数据,进一步研究了粉煤灰掺量、水围压和应变速率与混凝土动态强度间的关系。研究结果表明:①相同粉煤灰掺量下,混凝土的含水量随着水围压的增加呈现先增大后减小再增大的趋势;在相同水围压条件下,F00混凝土含水量最大,F40次之,F20最小,说明粉煤灰掺量对混凝土的含水量有显著影响。②可用三次函数描述了不同粉煤灰混凝土的含水量与水围压之间的关系。③不同水围压条件下,粉煤灰混凝土单位体积含水量所对应的混凝土动态强度增加值与应变速率呈二次函数关系,并建立了不同水围压条件下粉煤灰混凝土的动态强度增加值与应变速率之间的关系式。     

钻孔常规压水和高压压水试验成果研究

为了确定岩体在不同压力作用下渗透特性的变化规律,琼中抽水蓄能电站针对高压岔管区岩体做了一系列钻孔常规压水和高压压水试验。通过对试验结果进行对比分析,常规压水和高压压水两种不同条件下钻孔压水试验结果的差异性。研究结果表明,裂隙岩体在高压作用下的渗透系数远远大于常规压力作用下的渗透系数。同时结合钻孔声波录像资料分析,结果表明岩体渗透特性的变化规律与岩体裂隙分布以及裂隙连通性、裂隙开度等密切相关。     

基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型

针对低频疲劳荷载与孔隙水压力的耦合作用,将混凝土疲劳裂缝扩展所消耗的能量分为两部分,一部分由低频疲劳荷载提供,另一部分由孔隙水压力提供,并给出了两部分能量的计算方法。基于能量的可叠加原理,结合混凝土断裂过程中能量释放率的概念,建立了低频疲劳荷载与孔隙水压力耦合作用下混凝土的裂缝扩展模型,并通过试验数据对模型进行了验证。结果表明:当孔隙水压力为0时,模拟曲线与试验数据吻合较好;当孔隙水压力与低频疲劳荷载共同作用时,水压作用会提供闭合裂缝张开时消耗的能量,促进裂缝的扩展,导致裂缝扩展速率增大,且随着孔隙水压力的增大,裂缝扩展速率增加,混凝土疲劳寿命降低。     

循环孔隙水压力下混凝土力学特性研究

为研究不同孔隙水压循环次数、不同加载速率下的混凝土的力学性能,对直径为300 mm,高度为600 mm的混凝土试件进行0,10,50,100,200次循环孔隙水压的预处理(孔隙水压的上限为3 MPa,下限为1 MPa),然后在3 MPa的围压下进行4种应变速率(10^-5,10^-4,10^-3,10^-2 /s)下的常三轴(σ₂=σ₃≥σ₁)抗压性能试验。结果表明随着应变速率的不断增加,混凝土的峰值应力增大,峰值应变整体上呈增大的趋势;随着循环孔隙水压次数的不断增加,混凝土的峰值应力呈阶段性变化,100次之前呈增大趋势,100次之后呈减小趋势,峰值应变无明显规律性变化,弹性模量呈减小趋势。     

循环孔隙水压力作用对混凝土动态抗压特性的影响

为研究混凝土在经历循环孔隙水压力后的力学性能,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪,进行了常规三轴混凝土动静力加载试验,采用Weibull-Lognormal模型和规范推荐的模型对应力-应变全曲线进行拟合对比分析。试验结果表明:经历循环孔隙水压作用后,在准静态和低应变速率下,混凝土强度明显减少,在高应变速率下,混凝土强度增加;较高加载速率对混凝土峰值应变影响较小,随着加载速率的增加,混凝土的峰值应变有增大的趋势;与未经历循环孔隙水压力相比,经历循环孔隙水压力的混凝土弹性模量有所提高,且弹性模量随着循环孔隙水压力的增加总体呈现增大趋势;采用的Weibull-Lognormal模型和规范推荐的模型对混凝土应力-应变全曲线拟合效果较好,在下降段,Weibull-Lognormal模型拟合效果比规范推荐的模型好     

高围压高水压条件下大理岩卸围压变形破坏与能量特征

利用伺服机对大理岩进行高围压及高围压高水压岩石的卸荷力学试验。基于试验结果,研究岩样卸围压的变形破坏及其能量特征。结果表明:①大理岩峰前卸荷比峰后卸荷表现出更大的脆性;②孔隙水压力加速了岩石的脆性破裂,降低了岩石的强度;③高围压情况下卸荷比低围压情况下卸荷更容易使岩体发生破坏。     

孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟

采用岩石破裂过程分析系统,研究了围压、孔压对含不同单裂隙分布脆性岩石的破坏影响规律,分析了岩样的裂纹扩展特征。结果表明：断续单裂隙的岩石力学性能显著低于完整岩样,但降低程度与裂隙参数密切相关,随着裂隙长度增加,岩石力学参数均呈降低趋势,而随着裂隙倾角的增加,峰值强度以及峰值应变均呈先减小后增加的趋势,且这种规律不受围压与孔压的影响;围压对岩石峰值强度有强化作用,但同等围压时,孔压对岩石峰值强度有弱化作用;裂隙长度越小或裂隙倾角越大的岩样,其裂纹扩展特征越不明显,且扩展过程受围压与孔压影响显著。研究结论对于认识具有断续节理裂隙岩体的变形破坏机理具有参考价值。