聚丙烯纤维水泥砂浆动态力学特性与本构模型研究

通过改进的分离式Hopkinson压杆试验装置对聚丙烯纤维水泥砂浆进行动态力学性能以及动态损伤本构关系的研究.基于试验结果得到的应力一应变曲线,对聚丙烯纤维水泥砂浆在不同应变率下的弹性模量、峰值应力和韧度变化规律进行了探讨.根据试验应力应变曲线的基本特征,选择引入朱-王-唐本构模型,并考虑纤维的阻裂作用,对试验结果进行拟合,提出了一种新的聚丙烯纤维水泥砂浆动态损伤本构模型.该模型在考虑聚丙烯纤维增强、应变率硬化、损伤软化等因素下,描述聚丙烯纤维水泥砂浆的动态受力特性.     

基于神经元网络的碾压混凝土材料剪切本构模型研究

碾压混凝土的分层形式对其力学性能有较大的影响．为了全面探讨碾压混凝土材料力学性能及为碾压混凝土结构数值分析提供材料参数，研究和建立了基于损伤的碾压混凝土材料剪切本构模型．由于现场原位抗剪（断）试验条件的限制，试验无法量测出试件的真实应变值．在考虑碾压层面点的强度、应变局部化效应的基础上，基于岩滩水电站现场碾压抗剪（断）试验结果，采用损伤模型的本构形式进行了碾压混凝土剪切本构研究，并建立了基于神经元网络的碾压混凝土剪切本构模型．     

混凝土受压性能的均质细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料，在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型，分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系，研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程，分析了宏观应力应变曲线的差异，并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的；界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方；砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力－应变全曲线与试验结果吻合较好。     

基于Weibull统计理论的混凝土率型损伤本构模型研究

为研究混凝土在股役期间的材料特性,进行了不同应变速率下(10^-5,10^-4,10^-3和10^-2/s)的混凝土单轴受压试验,分析了混凝土材料基本力学特性,试验结果表明:随着应变速率的提高,峰值应力和初始弹性模量呈现增大的趋势,峰值应力的变化规律并不明显。基于Weibull和Lognormal统计分布理论,以及Lemaitre应变等效原理,引入应变速率因素,构建出混凝土材料分段式率型单轴受压损伤本构模型。依据试验数据,确定了所建立的率型损伤本构模型参数;给出了不同速率下混凝土单轴受压应力-应变和损伤变化规律曲线。结果表明:建立的混凝土率型本构模型能够反映不同应变速率下混凝土单轴受压损伤全过程。     

岩石损伤软化统计本构模型参数的确定方法

本文探讨了岩石损伤软化统计本构模型参数与岩石软化变形破裂过程的应力应变全曲线的特征参量的理论关系，建立了本构模型参数新的确定方法。该方法通过常规试验所得到的峰值点的应力应变值即能确定整个本构模型的其它参数，再将峰值点的应力应变值与围压的关系进行拟合，即能将该模型推广成任意围压下的岩石损伤软化统计本构模型。试验表明，本文模型曲线能较好地反映岩石破裂的全过程。     

均质混凝土受压性能的细观数值模拟

将混凝土看作由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性和弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,分析了宏观应力应变曲线的差异,并将计算结果与试验结果做了比较。结果表明：混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;界面相是混凝土材料内部最薄弱的地方;砂浆单元采用弹塑性本构关系时所得混凝土棱柱体受压的宏观应力-应变全曲线与试验结果比较接近。     

碾压混凝土的正交异性损伤本构模型研究

根据碾压混凝土拱坝的结构特性与碾压混凝土材料的破坏特征，以Sidoroff各向异性损伤理论为基础，建立了碾压混凝土正交异性损伤本构模型；基于正交异性损伤模型的损伤传递方式，导出了碾压混凝土材料的损伤演化方程。以碾压混凝土在复杂应力下的试验资料，对碾压混凝土正交异性损伤本构模型进行了验证。     

单轴循环压缩载荷下混凝土实时损伤演化规律

通过循环压缩加载实验并同时运用超声波探测仪实时测试混凝土试样超声波波速变化,得到了不同应变率条件下循环压缩应力应变曲线及超声波波速实时演化结果。结合超声波波速实时测试结果,将加载过程中材料动弹性模量的衰减与材料初始弹性模型比值的变化表征为材料损伤变量,得到了实时损伤演化实验量化结果,并提出了率相关的损伤演化模型。结果表明提出的损伤演化模型可真实地表征混凝土破坏全过程材料实时损伤演化情况,且对研究混凝土材料失效具有重要的理论意义。     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。     

混凝土动态损伤本构模型研究

对单向应力状态下钢纤维含量为0和2%的混凝土进行了单调加载试验。在峰值应变前,根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理得出混凝土损伤本构模型;在峰值应变后采用Lognormal统计分布理论和等效应变假定原理得出混凝土损伤本构模型。通过试验验证,该分段式模型可以有效描述单轴受压状态下混凝土的损伤过程。     

水泥细度对水泥砂浆抗冻性能的影响研究

为研究水泥细度对水泥砂浆抗冻性能的影响,对3种不同水泥细度的水泥砂浆试件进行了抗冻性试验,对比分析水泥细度对水泥砂浆抗压强度、电阻率演化特性的影响规律,建立了相应的冻融损伤模型。结果表明:适当增加水泥细度可以提高砂浆的抗冻耐久性,过度提高水泥细度对抗冻性的提高没有帮助,不同水泥细度的砂浆抗压强度大致呈指数衰减。砂浆的冻融破坏是由表及里逐渐加大的一个过程,不同深度的电阻率与冻融次数间的也是呈指数衰减。     

纤维增强复合材料的动态性能研究

文中探讨了钢纤维增强水泥砂浆在高应变率下进行压缩撞击时的力学性能，获得了水泥砂浆试件和钢纤维增强水泥砂浆试件在高应变率下应力-时间、应变率-时间和应力-应变的关系，并对结果进行了讨论和分析。     

水泥细度对砂浆体积稳定性的影响

主要研究了水泥细度对硬化浆体强度、弹性模量、干缩和线膨胀系数的影响情况。试验结果表明,随着水泥细度的增加,弹性模量和线膨胀系数呈线性增长趋势;当中热硅酸盐水泥比表面积超过340 m2/kg时,对试件7 d龄期后的增强效果非常微弱,但干缩速度明显加快,最终干缩率较大。这说明中热硅酸盐水泥细度越大,砂浆体积稳定性越差,尤其是当水泥比表面积超过340 m2/kg时,水泥细度对砂浆体积稳定性的影响非常显著。     

基于ABAQUS的再生混凝土塑性损伤性能

为了探究再生混凝土塑性损伤性能,结合Sidoroff能量等价原理,研究了CDP模型的塑性损伤因子、非弹性应变、开裂应变等关键参数,构建了基于随机多边形骨料、老砂浆、新砂浆、骨料-老砂浆界面、老-新砂浆界面、骨料-新砂浆界面的再生混凝土细观结构模型,研究了轴向压位移和拉位移作用下再生混凝土的损伤开展过程、各向应力水平、破坏形态、损伤值等关键力学性能,并将结果与试验结果进行了对比分析。研究表明:基于能量等价原理的损伤因子适用于ABAQUS建模,该方法简洁、收敛性好。再生混凝土受压损伤破坏云图呈“V”形,受拉损伤破坏云图呈“一”形,其受拉损伤和受压损伤均已达到0.956,模拟计算结果与试验结果吻合较好,表明基于随机多边形骨料的再生混凝土细观模型真实,计算方法合理。     

基于XCT扫描图像的混凝土二维细观受压断裂模拟

为了研究混凝土细观层次断裂力学特性,对混凝土试件进行原位XCT扫描,基于扫描图像提出了具有真实内部结构特征的混凝土二维细观模型,并预先在水泥砂浆和骨料-水泥砂浆界面插入零厚度粘结裂缝单元用以模拟潜在的裂缝。通过对该模型进行混凝土单轴受压数值仿真模拟,讨论其裂缝的发展过程以及不同细观结构和相应参数对混凝土断裂损伤行为的影响。结果表明：数值模拟得到的混凝土二维模型抗压强度与试验测得的强度相接近;混凝土的抗压强度受到水泥砂浆和骨料-砂浆界面裂缝单元的绝对数值影响,其中水泥砂浆裂缝单元强度对材料强度起控制作用;骨料-砂浆界面裂缝单元强度与水泥砂浆裂缝单元强度的比率对裂缝衍生发展有显著影响。     

水泥净浆和水泥砂浆材料的Ⅰ型断裂韧度测定

本文针对水泥净浆和水泥砂浆两种灌浆材料，采用三点弯曲梁进行了不同强度、不同尺寸以及不同初始缝高比的断裂试验。根据水工混凝土断裂试验规程，利用试验中测得的最大荷载及对应的裂缝口张开位移计算了水泥净浆和水泥砂浆的失稳断裂韧度，并通过电阻应变片法确定的起裂荷载得到了二者起裂韧度的实测值。试验中发现，水泥净浆并不是一经起裂就失稳破坏，而是在失稳破坏前存在着一个比较明显的裂缝稳定扩展过程。结果表明，随试件强度的提高，两种材料的起裂韧度和失稳韧度均增大，而随试件尺寸和初始缝高比的变化，水泥净浆的起裂韧度和失稳断裂韧度     

水泥砂浆受硫酸钠侵蚀时力学特性的尺寸效应研究

为了解水泥砂浆试件经海水侵蚀时的尺寸效应,分别采用3种尺寸的正方体试件放在硫酸钠溶液中侵蚀,后每隔一定时间取出部分试件进行单轴压缩试验,分析不同尺寸试件的单轴抗压强度、峰值应变和弹性模量的差异。研究结果表明试件经硫酸钠侵蚀时强度的尺寸效应存在一个临界值,随着试件尺寸的增加,侵蚀对强度的影响效应会呈现增加后减小的规律;不同尺寸的试件经硫酸钠侵蚀时,其峰值应变和弹性模量的差异没有强度的差异明显。     

掺外加剂对MgO水泥砂浆和混凝土压蒸膨胀率的影响

通过对采用标准砂和工程砂制作的砂浆和混凝土试体掺不同品种外加剂的压蒸试验研究,表明掺不同品种外加剂对外掺MgO水泥砂浆和混凝土压蒸膨胀率的影响是不同的。还比较了不同MgO掺量的砂浆和混凝土试体掺与不掺外加剂的压蒸试验结果。试验所揭示出的压蒸膨胀率的基本规律是:砂浆试体掺外加剂的比不掺的大,混凝土试体掺外加剂的比不掺的小,砂浆和混凝士试体无论掺与不掺外加剂都是标准砂的小于工程砂。据此为制定压蒸安定性试验方法提供了试验依据。     

水泥比表面积对碾压混凝土力学性能的影响

为探索粗水泥用于提高碾压混凝土(RCC)抗裂性的可行性,首先要研究水泥比表面积对RCC力学性能的影响.测试了5种比表面积(258～413 m2/kg)的P·I水泥胶砂强度等物理性能,分析了这5种水泥配制的三级配RCC力学性能及极限拉伸值的差异.结果表明,比表面积为258 m2/kg的粗P·I水泥仍满足42.5水泥强度要求;RCC抗压强度、轴心抗拉强度基本不随水泥比表面积的变化而变化;粗水泥配制的RCC的28 d抗拉弹模较低且极限拉伸值较大,90 d、180 d的抗压强度增长率、轴心抗拉强度增长率及抗拉弹模增长率均较大,说明粗水泥有助于提高RCC的抗裂性能.