基于CT的混凝土试样静动力单轴拉伸破坏裂纹分形特征比较研究

为了能定量地利用CT数资源研究混凝土静动力强度特性及裂纹演化规律,利用适合CT扫描仪的便携式动力加载设备,对圆柱体混凝土试样进行单轴静动力拉伸CT试验,并利用编制的差分盒维数计算程序计算CT扫描断面的分形维数,以此为基础从细观层面上比较分析混凝土静动单轴拉伸强度特性、受力破坏机制及裂纹分形特征。结果表明:静力拉伸荷载条件下混凝土破坏时裂纹扩展速度慢,破裂面粗糙曲折,裂纹绕着骨料追随最薄弱界面发展;动力拉伸时裂纹扩展速度快,破裂面较平直,裂纹切割骨料追随能量释放最快路径发展;静动力拉伸CT扫描断面分形特征明显,分形维数随裂纹扩展成规律发展,能较好地反映出混凝土材料损伤裂纹的演化规律,可以定量表述试样的破损程度,可作为裂纹演化的定量参数。     

混凝土的分形性及其单轴应力下裂纹演化的混沌效应

基于分形几何、损伤力学和混沌理论研究混凝土的复杂结构和功能及其在单轴应力作用下其内部微裂纹动态演化规律和破坏特征。首先从唯象和分形角度描述混凝土裂纹的产生和扩展过程,然后,推导了混凝土损伤演化方程,划规为统一形式并检验其混沌特征,进而分析了混凝土裂纹演化的混沌效应;同时,利用混沌理论解释了单轴受压混凝土构件的破坏特征。通过研究混凝土裂纹演化的混沌效应,为混凝土破坏机理研究提供新的手段,也为混凝土结构设计和维护提供理论依据。     

基于破损演化理论的混凝土CT图像定量分析

通过对混凝土CT图像影像特征的分析可以研究混凝土内部细观结构及裂纹变化的特点,但当前国内对混凝土的CT试验研究很少。将破损演化理论应用于混凝土CT图像的定量分析,利用完整度和破损度的变化分析试样各点的强度变化,解决了CT数分布范围广、不利于定量分析的问题;利用λ–水平完整域和λ–水平破损域实现从细观到宏观分析的过渡;进一步利用λ1–λ2截理的概念从CT图像中分别提取出裂纹区域、骨料区域、砂浆区域以及空气区域。提出量测各区域大小的方法,实现对混凝土各物相的分区描述,并在此基础上探讨破损演化理论在混凝土CT试验研究中的应用前景。     

类岩石材料CT动载试验装置的关键技术研究

 基于现有的医用X射线CT机器,成功研制与其配套的专用动态加载设备,形成类岩材料CT试验系统。归纳类岩材料CT研究的几个关键问题。介绍类岩材料CT试验过程,重点分析加载设备使用过程存在的问题,特别是试件的黏结、试样对中、装样等问题。以混凝土为例,给出动压CT试验的初步成果,并且进行混凝土裂纹流变CT试验。结果表明该加载设备达到设计要求,可以实现混凝土动态加载过程中裂纹演化过程的准实时观测,并且裂纹流变的影响在大多数情况下可以忽略,为探索类岩材料在动载作用下的损伤演化规律提供新的研究途径。     

混凝土材料损伤裂纹演化过程的研究综述

基于国内外混凝土材料损伤裂纹演化过程的状况和方法的研究进行了总结分析。通过运用分形几何学、声发射技术、CT扫描技术等理论和技术方法对裂纹的产生扩展演化过程进行定量、定性的描述,总结得出各种方法研究下的混凝土材料力学过程与其裂纹演化之间所存在的关系。     

基于CT试验的混凝土破损机理生态学研究

本文引入数学生态学种群的概念，在整个CT标尺范围内，以100等间距考察了混凝土圆柱试件第一扫描断面σ=9．87MPa时的CT图像，获取和分析了40个种群的个体数量和空间位置信息。在此基础上，确定了骨料种群、砂浆种群和孔隙或裂纹种群分区界限值，最终实现了混凝土骨料、砂浆和裂纹3个种群的提取，并对上述各种群的空间演化信息和CT数演化信息进行了分析，总结了混凝土的破损机理。     

混凝土特性数值方法研究及CT试验

建立三维混凝土数值模型,确定了三维“数字混凝土”数值试验的加载方法及强度的计算方法,并从细观层面上分析了混凝土强度特性、受力破坏机理及裂纹演化规律。最后用混凝土CT试验验证了此法的合理性。得出可以用位移控制的数值试验的应力应变曲线的极值点作为数字混凝土的强度点;混凝土强度主要受界面和砂浆强度控制;不论是拉还是压荷载作用下,混凝土裂纹均从骨料尖角处相对较弱的界面开始萌生,然后微裂纹绕着骨料扩展、贯通,说明混凝土的静态裂纹追随结构的弱面发展;混凝土试样的强度取决于试样的破坏面积,破坏面积越大强度越高。     

富含砖粒的再生混凝土试验研究

通过试验,采用富含砖粒的再生骨料配制混凝土,根据所配制的再生混凝土需水量和力学性能,探讨了富含砖粒的再生骨料对混凝土性能的影响,同时通过CT扫描试验,分析了试件在不同荷载下内部结构变化情况,研究了再生混凝土细观损伤的特征及裂纹萌生和发展的重点分布部位,为进一步研究再生混凝土细观破坏机理和裂纹开展规律奠定基础。     

粉砂岩三轴压缩CT试验过程的分区定量研究

为了充分利用CT数定量地研究粉砂岩三轴应力状态下的损伤演化规律,基于破损演化理论及CT数,提出粉砂岩的破损分区方法,将岩石CT扫描断面分为完整区(2λ-1P)、损伤区(1 2λ-λP)和孔洞裂纹区(10-λP),并定义岩石的孔隙率、损伤率和完整率。分析三轴压缩CT试验过程中粉砂岩孔隙率、损伤率和完整率的变化规律。结果表明,利用提出的方法充分地发挥每个CT数的价值,且能定量地研究岩石的损伤演化规律及其受力过程中应变的局部化;岩石强度及塑性的增大,是由于在围压的作用下,试样只有达到很高的损伤程度,细观损伤裂纹才可以贯通形成宏观裂纹,进而发生破坏;试样两端断面处损伤裂纹出现较晚,破坏突然,且损伤裂纹主要分布在扫描断面的外侧环形统计区域,而试样中间断面处损伤裂纹出现相对较早,损伤裂纹从萌生、扩展到贯通的过程较长,损伤裂纹穿越整个扫描断面。     

单轴压缩下单裂纹混凝土力学特性和破坏特征试验研究

为了研究单裂纹混凝土力学强度及其变形特征和破坏模式,对含不同长度的单裂纹混凝土进行单轴压缩试验,利用高清摄像技术监测单轴压缩过程中试样裂纹扩展过程,运用数字图像相关方法(DIC),综合分析单裂纹混凝土力学强度、裂纹演化特征、变形规律,阐释单裂纹混凝土破坏机理。结果表明:(1)混凝土强度随着单裂纹长度增大逐渐降低,且呈良好线性负相关;弹性模量随着单裂纹长度增大先升高后降低。(2)试样破坏模式分为3种:①轴向劈裂破坏(裂纹长度为10 mm);②剪切破坏(裂纹长度为20、30、40 mm);③拉-剪混合破坏(裂纹长度为50 mm)。(3)试样应变场演化规律:随着单裂纹长度的增加,由径向应变场控制绝大部分裂纹产生和扩展,向径向、剪应变场共同控制裂纹产生和扩展(径向应变场影响较明显),再向径向、剪应变场共同控制裂纹产生和扩展,(剪应变场影响较明显)转变。(4)单裂纹混凝土抗压强度与单轴压缩过程中产生的不同类型裂纹长度存在良好的线性关系,且主要受到单裂纹周边产生的裂纹控制(影响系数为0.496)。