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。     

荷载与水共同作用对红砂岩蠕变特性的影响

在岩体工程中，岩石往往受到荷载和水的共同作用。为了研究岩石在荷载和水共同作用下的蠕变力学性质，将红砂岩试件浸没在水中并施加不同应力水平，进行单轴压缩蠕变试验。通过比较浸水试件和表面密封的饱和及干燥试件的蠕变力学参数，研究了荷载与水共同作用对红砂岩蠕变特性的影响。结果表明，浸水试件的长期强度最小，饱和试件次之，干燥试件最大；而且浸水试件稳态应变率最大，饱和试件次之，干燥试件最小。从损伤力学及裂纹扩展的角度来看，环境中的水分持续运移到由于蠕变变形产生的新裂隙中，加剧了水对岩石的物理力学作用是导致浸水试件的蠕变特性更加显著的原因。试验结果对岩体工程的监测及稳定性分析具有一定的指导意义。当对岩体工程进行稳定性计算分析时，建议依据荷载与水共同作用条件下的试验结果选取岩石力学参数。     

不同水灰比混凝土自干燥试验

为研究不同水灰比水工混凝土和高性能混凝土内部自干燥效应,对水灰比0.33、0.41、0.50的水工混凝土试件和0.30、0.40、0.50的高性能混凝土试件进行密封包裹,并开展持续3个月的内部相对湿度监测。试验结果表明,在密封状态下,水工混凝土和高性能混凝土内部相对湿度均存在两个时期,即湿度饱和期和湿度下降期;随着水灰比的减小,湿度饱和期持续的时间逐渐减小;相同水灰比下,高性能混凝土的内部相对湿度比水工混凝土的内部相对湿度下降快,湿度饱和期持续时间更短。在密封状态下,0.50水灰比的水工混凝土的内部相对湿度基本无下降;但0.41水灰比的水工混凝土存在缓慢的自干燥效应。当混凝土缓慢失水干燥时,混凝土将会出现缓慢收缩,这为解析溪洛渡特高坝工程扣除温度分量的无应力计变形测值长期不稳定的机制提供了一种新思路。     

两种级配混凝土试件双轴作用下强度、变形分析

水工大体积混凝土结构,如各种类型的重力坝和拱坝等,混凝土的大部分都处于明显的二轴或三轴应力状态,因此有必要进行水工上常用的大骨料混凝土双轴荷载作用下的强度和变形试验.对大坝三级配混凝土及湿筛二级配混凝土在双轴压、双轴拉-压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究.观察了试件的破坏形态,根据试验结果分析了两种不同骨料级配混凝土试件峰值强度、极限变形的变化规律.分别在主应力空间和主应变空间建立了不同级配混凝土的破坏准则,为水工大体积混凝土按多轴强度理论进行设计提供了试验参考.     

环境因素对混凝土强度特性的影响

通过对哑铃形混凝土试件和立方体试件进行轴心抗拉、轴心抗压、劈裂拉伸试验，研究了混凝土在不同温度、湿度条件下的力学性能，并从微观角度指出混凝土内部孔隙中的自由水是引起混凝土力学特性变化的重要因素。试验分析表明：混凝土在低温下其轴心抗压强度、轴心抗拉强度和劈拉强度与在室温下相比有所提高，而在饱和条件下却降低了；饱和混凝土在低温条件下的强度有较大幅度提高。     

聚丙烯纤维硅粉水泥土力学性质试验研究

在硅粉水泥土中掺加聚丙烯纤维配制试样,进行无侧限抗压强度试验和不同围压下的三轴试验,结果表明:聚丙烯纤维的掺加可以有效提高水泥土体的强度,且土体强度随纤维掺加量的增加而增强;随着围压的提高,水泥土试件的破坏应力和破坏应变均逐渐增大,掺入聚丙烯纤维的水泥土试件在不同围压下的破坏应力均高于同条件下未掺加纤维的试件。     

循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响

对不同围压(0, 2, 5, 10 MPa)下的水饱和混凝土试件,历经25次循环荷载作用后(荷载下限140 kN,上限260 kN,频率0.1 Hz),进行了不同加载速率(地震荷载作用下的混凝土应变速率响应范围10-5/s~10-2/s)下的静动态常三轴抗压性能试验。分析了混凝土峰值应力、峰值应变以及损伤特性。结果表明:历经循环荷载后,随着加载速率的增加,混凝土峰值应力增大,峰值应变整体上逐渐增大,损伤变量D增长速度减缓;随着围压增加,混凝土峰值应力和峰值应变逐渐增大,损伤变量D增长速度降低,但损伤极限差值越来越大。基于上述试验结果,得到了历经荷载循环后混凝土动态峰值应力与围压、加载速率有关的经验计算式及历经荷载循环后混凝土动态峰值应变与围压、加载速率有关的经验式。     

渠道水工混凝土防渗材料破坏性能试验

以新疆某灌区输水渠道防渗为背景，通过水工混凝土材料三轴试验系统，展开混凝土力学破坏试验分析，主要包括加载速率、围压、水灰比等参数对混凝土试件三轴应力应变特征的影响；根据分析结果，随着加载变形速率的提高，水工混凝土试件三轴强度随之提升，但在屈服变形阶段力学特征差异才明显显现；三轴强度、峰值应力等与围压呈正相关关系；在加载速率、围压、水灰比等因素的耦合作用下，水灰比的增大对围压正向促进作用有抑制和减缓作用，但试件变形速率间力学特征愈加明显。相关分析成果和研究结论可作为混凝土防渗材料在水利工程中应用的借鉴参考。     

饱和混凝土静动力抗压强度变化的细观力学机理

已有的试验研究表明，不同加载速率下，饱和混凝土中的自由水对其力学性能有着不同的影响，与干燥混凝土相比，准静态荷载作用下饱和混凝土的抗压强度有所降低，动力荷载作用下饱和混凝土的抗压强度增高的较多。本文在翼型裂纹的基础上，考虑裂纹之间的相互作用、裂纹扩展速度对应力强度因子及孔隙水压力对裂纹扩展的影响，利用弹性断裂力学理论探讨了饱和混凝土的静、动力抗压强度变化机理并建立了理论模型。分析认为，慢速加载时，裂纹中的自由水可以达到缝尖，自由水的楔入作用加速了裂纹的扩展，降低了混凝土的强度；快速加载时，裂纹中的自由水较难达到缝尖，受负的孔隙水压力和自由水黏度及Stefan效应影响，饱和混凝土的动力抗压强度升高。模型计算与试验结果较为一致，表明本文理论模型可以较好地反映饱和混凝土静、动力抗压强度的变化机理。     

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。     

定侧压下混凝土的双轴动态抗压强度及破坏模式

在大型三轴静、动态电液伺服试验机上对66个立方体混凝土试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。四组试验的侧向恒定压力分别为单轴静态抗压强度的0、30.5%、61.0%、91.5%，加载速率分别为10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1、10-2s-1四个量级。试验表明，随着应变速率的提高，不同恒定侧压下混凝土的破坏强度均有提高。在较高的恒定侧向压力下，混凝土材料对应变速率的敏感程度降低；在较高应变速率下，恒定侧压对混凝土破坏强度的加强作用也有所减弱。     

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。     

循环应力作用下饱和软粘土的不固结不排水强度与破坏准则

通过饱和软粘土循环三轴与循环扭剪试验,研究了循环应力作用下饱和软粘土不固结不排水强度的变化。结果表明,当循环破坏次数给定后,饱和软粘土的不固结不排水循环强度取决于试验土样受到的静剪（偏）应力,与其受到的围压力无关;当作用在试样上的静剪应力比（静偏应力比）从0.3变化至0.6时,饱和软粘土循环强度也逐渐增大;进一步依据Mises破坏准则,通过分析循环扭剪试验确定的循环剪切强度与循环三轴试验确定的循环压缩强度之间的关系,阐明了循环荷载作用下饱和软粘土不固结不排水强度满足Mises破坏准则。依据本文研究结论,可以通过特定试验建立描述一般应力状态饱和软粘土单元不固结不排水循环强度的变化关系。     

交通荷载作用下焦作地区饱和粉质黏土变形特性及影响因素分析

为研究焦作地区长期交通荷载作用下典型饱和粉质黏土变形特性,利用动三轴试验方法对原状粉质黏土进行单样逐级和多样恒定幅值动力加载试验,从应变-振动次数变化曲线、动应力-应变滞回曲线2个方面重点分析了动应力、围压、固结方式以及振动频率对土体变形的影响。结果表明:焦作地区典型粉质黏土动应变随振动次数变化模式主要分为稳定型和破坏型,很少出现临界型;单样逐级加载会使土体强度增大,结构产生破坏所需的动应力幅值升高,平行多样恒定幅值加载中试样破坏前后可能存在一个明显的临界动应力值,动应力超过临界值后,试样变形急剧增长,低振动次数内便产生破坏;围压、固结比增大都会使土体强度升高,产生的可恢复弹性变形减小;振动频率对土体变形的影响可能存在一个临界频率值,在这个值前后土体变形都会增大。研究成果对保证研究区交通设施的安全运营具有重要意义。     

不同骨料级配混凝土的双轴压强度试验和破坏准则

针对某大坝实际工程,用液压伺服静动态三轴试验系统,对某大坝工程不同骨料级配和尺寸的混凝土试件在双向压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究。试件采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm。试验过程测得了所有试件两个加载方向的应力和应变以及未加载方向上的变形,探讨了不同级配混凝土的双轴抗压强度、极限变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律。试验发现大骨料混凝土在双轴压作用下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高的更多,最后分别在主应力空间和主应变空间建立了不同级配混凝土的破坏准则。     

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性,进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析,并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。结果表明:真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。随着应变速率的增加,应力比较低时,混凝土的极限抗压强度逐渐增大;应力比较高时,极限抗压强度先减小后增加。随着应变速率的增加,侧向变形曲线的破坏峰值点更明显;随着应力比的增大,侧应力较大方向上的变形越来越小。基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含3个率效应参数,经验证与试验数据吻合较好。     

混凝土主动围压SHPB试验波形数值分析

为探究主动围压SHPB(分离式霍普金森压杆)试验中反射波形与混凝土动态响应的关系,采用LS-DYNA软件,基于H-J-C本构模型,模拟了混凝土的主动围压SHPB试验,从波形特征的变化分析了围压对混凝土动态力学性质的影响。结果表明:围压条件下混凝土的破坏形式为压剪破坏,试件的平均损伤度随围压的增大而降低。试验中反射波具有“双峰”特性,且围压对第二峰值应力的影响较大,其值随着围压的增大而减小,表征了试件的变形破坏程度;而第一峰值应力几乎不受围压的影响,其主要与冲击波的幅值有关;反射波尾存在压缩波段,该段的峰值应力随着围压的增大逐渐增大,表征了围压下试件的完整性比较好,且其变形能力和残余承载力均有所提高。研究结果可为评估三轴应力下混凝土构件的动态损伤和残余承载力提供参考。     

单裂缝混凝土结构水力劈裂试验

针对不同强度单裂缝混凝土试件开展了两组应力状态下的水力劈裂试验,研究了应力状态、荷载施加方式对试件裂缝扩展过程的影响,分析了裂缝扩展路径上缝内水压演化规律,拟合得到了混凝土试件临界劈裂水压预测模型的定量关系式。试验结果表明,两组不同应力状态下的试件均发生水力劈裂破坏;临界劈裂水压值与轴压的差值均小于试件的劈拉强度值;试件水压尖端的发展滞后于干裂缝的发展。