岩石-混凝土界面拉伸断裂性能的率相关性研究EI北大核心CSCD

该文弯曲断裂试验获得了不同应变率下界面的抗拉强度、荷载-加载点位移曲线、荷载-裂缝口张开位移曲线、起裂荷载和峰值荷载,通过夹式引伸计法和DIC法获得了临界裂缝扩展长度。并计算了界面断裂能及双K断裂参数,分析了不同应变率下界面断裂过程区演化规律及特征长度的变化。结果表明:随应变率的增大,断裂能和起裂韧度增大,临界裂缝长度和失稳韧度先增加后减小,断裂过程区长度及特征长度随应变率的提高而减小。该文从裂缝发展路径、自由水粘性、惯性效应三方面探讨了岩石-混凝土界面断裂参数的率效应。     

小尺寸混凝土试件双K断裂参数试验研究

采用最大尺寸为680mm×160mm×40mm的标准三点弯曲梁试件,利用在初始裂缝两侧粘贴电阻应变片并利用混凝土裂缝扩展到此处时其应变回缩的方法测得了起裂荷载Pini,在此基础上根据Pini及初始缝长a0得到了起裂断裂韧度KIiCni;根据在试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODC计算了混凝土等效裂缝长度aC,据此计算了失稳断裂韧度KIuCn。结果表明:采用电阻应变片法可准确测定混凝土的起裂荷载Pini,且方法简单。试验结果还表明:在本试验范围内,三点弯曲梁法测得的混凝土双K断裂参数KIiCni、KIuCn与试件高度无关,进一步说明了混凝土双K断裂参数可以作为描述混凝土裂缝扩展的断裂参数。     

自密实轻骨料混凝土的双K断裂参数和断裂能试验研究

自密实轻骨料混凝土(Self-consolidating lightweight concrete,SCLC)是一种自重轻,无需振捣的新型混凝土。其工作性能、耐久性能已有少量研究,但SCLC的断裂性能目前未见报道。该文配制了六组不同的缝高比的SCLC三点弯曲梁。通过试验测得的荷载-位移曲线,计算了SCLC的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度,并采用边界效应方法计算了真实断裂能。试验表明,SCLC的起裂断裂韧度随试件缝高比增大而增大,失稳韧度则随缝高比的增大而保持常数,为1.17MPa.m1/2。测得的断裂能Gf也随试件缝高比的增大而增大,真实断裂能GF=116.1N/m,过渡韧带长ab*=32.5mm。     

大初始缝高比混凝土试件双K断裂参数的试验研究

双K 断裂准则能够定量描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。该文采用混凝土三点弯曲梁试件,通过在试验中测得的起裂荷载P_ini、最大荷载P_max及临界裂缝口张开位移CMOD_C计算了初始缝高比为0.3~0.9共7组试件的起裂断裂韧度K_ICini 和失稳断裂韧度K_ICun 。结果表明,当初始缝高比为0.3~0.7时,混凝土裂缝扩展经历起裂、稳定扩展和失稳破坏3 个阶段,双K 参数均是与初始缝高比无关的材料参数;当初始缝高比大于或等于0.8 时,混凝土裂缝起裂后便进入失稳扩展阶段,起裂荷载即为最大荷载,且计算得到的K_ICini 仍与初始缝高比无关。因此,在确定K_ICini 时,仅需测得初始缝高比大于或等于0.8试件的P_max,将P_max作为P_ini直接计算得到K_ICini。同以往的试验方法相比,其结果更为准确且试验方法简单。     

基于等效纯弯曲梁的混凝土双K断裂参数研究

因四点弯曲梁跨中裂缝截面附近处于纯弯段,故其从理论上更符合Ι型断裂模式。基于此,该文通过开展跨中带缝的四点弯曲梁试验,将荷载作用下的四点弯曲梁纯弯曲段等效为纯弯曲梁,基于线性叠加原理给出了计算混凝土四点弯曲梁双K断裂参数的计算公式,并研究了不同初始缝高比（0.2、0.3、0.4、0.5及0.6）对四点弯曲梁双K断裂参数的影响,结果表明:随着初始缝高比的增大,试件起裂荷载P_ini,最大荷载P_max及相对临界有效裂缝扩展长度（a_c-a₀）/H均逐渐减小;起裂断裂韧度K_ICini和失稳断裂韧度K_ICun基本保持不变。可见,四点弯曲梁可以用于研究混凝土的双K断裂参数。     

基于裂缝扩展准则的K_R阻力曲线研究

根据混凝土I型裂缝扩展准则,将起裂断裂韧度作为材料参数,提出了一种新的计算混凝土结构裂缝扩展过程KR阻力曲线模型。该模型认为,裂缝扩展阻力由混凝土材料固有的抗裂能力和粘聚力提供的阻力组成并等于裂缝扩展的驱动力;应用该模型并借助有限元法计算了混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉试件的裂缝扩展量、断裂过程区（FPZ）长度,在此基础上...     

基于虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区研究

利用虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区进行了研究.以无限大板中心拉伸裂缝模型为例,将过程区裂缝张开位移采用多项式级数形式表示,求得了断裂过程区上的位移分布和粘聚力分布.进而分析了材料参数对断裂过程区上的位移、粘聚力、断裂过程区长度以及峰值外荷载的影响.结果表明:断裂过程区上的位移和粘聚力均为非线性分布.断裂过程区长度随骨料最大粒径增大而逐渐增大,随抗压强度增大而逐渐减小.峰值外荷载随骨料最大粒径和抗压强度增大均逐渐增大.     

基于声发射技术的非标准自密实混凝土三点弯曲梁动态断裂特性

对不同初始缝高比的自密实混凝土(Self-compacting concrete,SCC)非标准三点弯曲梁开展不同加载速率下的断裂试验,获得其断裂的荷载-裂缝嘴张开口位移曲线及峰值荷载、断裂韧度、临界缝高比增量、弹性模量和柔度系数等断裂参数,结合Pearson相关性检验公式及加载速率效应模型,定量分析初始缝高比、加载速率与断裂参数间的相关性强弱及SCC断裂参数的加载速率效应。结果表明峰值荷载、断裂韧度及弹性模量均存在一定的加载速率效应,柔度系数仅与初始缝高比强相关,弹性模量和断裂韧度是材料的固有属性,不受初始缝高比影响。同时,基于声发射(Acoustic emission,AE)技术对SCC的损伤断裂过程、断裂边界效应及裂缝扩展模式进行分析,结果表明,AE参量能较好地反映混凝土断裂的三阶段特性及边界效应。裂缝的扩展首先以拉伸裂缝为主,剪切裂缝占比随着裂缝扩展过程逐渐增大。      

钢纤维对水泥基复合材料抗起裂特性的影响

通过不同钢纤维体积分数及不同试件尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究了普通乱向及定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗起裂特性。利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线,分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响,并基于线性相关系数陡降法计算了起裂韧度。结果表明,定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度明显高于普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料;起裂韧度随钢纤维体积分数的增加而逐渐增大,当钢纤维体积分数达到0.9%左右时,定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度值趋于稳定;在本试件高度范围内(40~100mm),起裂韧度随试件尺寸增加而逐渐增大,且定向钢纤维增强水泥基复合材料的增长趋势较为平缓。此外,从裂缝尖端夹杂改变其应力强度因子的角度解释了钢纤维的掺入及定向对起裂韧度的提高作用。     

全级配混凝土I型裂缝扩展全过程数值模拟

该文将起裂断裂韧度作为裂缝扩展的判定依据,应用ANSYS软件,对全级配混凝土I型裂缝扩展过程进行数值模拟,分别计算了混凝土楔入劈拉试件的荷载-裂缝口张开位移曲线、临界裂缝长度和双K 断裂韧度,并与溪洛渡大坝的断裂试验结果进行比较,吻合良好。同时,结合试验数据,将该文计算结果与《水工混凝土断裂试验规程》规定的标准尺寸试件断裂参数计算结果进行对比。结果表明:规程规定的方法也适用于大尺寸非标准试件双K 断裂参数的计算,其误差率在5%以内。此外,对于全级配混凝土,只要通过试验测得其弹性模量、抗拉强度、抗压强度和起裂荷载,即可用该文提出的方法计算混凝土的双K 断裂韧度和裂缝扩展全过程。应用该方法还可以得到全级配混凝土的K_R阻力曲线。     

混凝土断裂及亚临界扩展的细观机制

通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性feICK ,与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。     

Experimental and numerical investigations on fracture process zone of rock–concrete interface

A crack propagation criterion for a rock–concrete interface is employed to investigate the evolution of the fracture process zone (FPZ) in rock–concrete composite beams under three‐point bending (TPB). According to the criterion, cracking initiates along the interface when the difference between the mode I stress intensity factor at the crack tip caused by external loading and the one caused by the cohesive stress acting on the fictitious crack surfaces reaches the initial fracture toughness of a rock–concrete interface. From the experimental results of the composite beams with various initial crack lengths but equal depths under TPB, the interface fracture parameters are determined. In addition, the FPZ evolution in a TPB specimen is investigated by using a digital image correlation technique. Thus, the fracture processes of the rock–concrete composite beams can be simulated by introducing the initial fracture criterion to determine the crack propagation. By comparing the load versus crack mouth opening displacement curves and FPZ evolution, the numerical and experimental results show a reasonable agreement, which verifies the numerical method developed in this study for analysing the crack propagation along the rock–concrete interface. Finally, based on the numerical results, the effect of ligament length on the FPZ evolution and the variations of the fracture model during crack propagation are discussed for the rock–concrete interface fracture under TPB. The results indicate that ligament length significantly affects the FPZ evolution at the rock–concrete interface under TPB and the stress intensity factor ratio of modes II to I is influenced by the specimen size during the propagation of the interfacial crack.     

用变裂缝单一尺寸试样确定大理岩的断裂韧度

采用具有不同长度裂缝单一尺寸的中心圆孔平台圆盘试件,测定了大理岩的断裂韧度。基于Bazant的尺度律理论,根据有限元分析的结果拟合得到了无量纲能量释放率g(α0)的函数表达式,当无量纲裂缝长度α0=a0/R在0.28~0.51的范围时,与试件形状有关的函数g′(α0)/g(α0)的变化范围为1.0～5.8,能够满足Bazant尺度律公式中对脆性数β范围的需求。由试验结果得到了与试件尺寸无关的断裂韧度的真实值KImc和断裂过程区长度cf。用该方法确定岩石的断裂韧度,能够避免使用较大尺寸的试件,以及为得到足够大的β值范围而使用两种或两种以上试件的准备和试验带来的困难。     

新老混凝土粘结面断裂损伤过程区研究

在新老混凝土粘结面断裂性能试验的基础上,建立了新老混凝土粘结面断裂破坏模式,分析讨论了界面层特性及界面微裂缝扩展对新老混凝土粘结面断裂性能的影响。建立了新老混凝土粘结面带状微裂缝断裂过程区模型,根据该模型可求出断裂过程区尺寸。结合裂缝过程区的荷载~应变试验结果,用临界断裂韧度对新老混凝土粘结断裂韧度进行了断裂过程区影响修正。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度

本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移ＣＴＯＤｃ作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△ａｃ,据此求得了混凝土起裂断裂韧度ＫｉｎｉＩｃ、等效断裂韧度ＫｕｎＩｃ值。计算结果表明,随着试件尺寸的增大,△ａｃ增大,但ＫｉｎｉＩｃ、ＫｕｎＩｃ值却是与试件尺寸无关的断裂参数。这表明线弹性断裂韧度准则可应用于混凝土结构的裂缝评定。     

用能量方法研究混凝土断裂过程区的力学性能

准脆性混凝土自由裂缝前缘断裂过程区的发展与其非线性断裂特征及尺寸效应现象密切相关。它的物理力学行为的量化分析对理解混凝土断裂破坏机理和建立适用于混凝土结构裂缝稳定分析和安全评估断裂准则尤为重要,一直是混凝土断裂力学研究的核心问题。该文依据Hillerborg给出的断裂能定义,给出了计算单位长度断裂过程区发展能量耗散的通用表达式。以三点弯曲梁为例,采用非线性软化本构关系,进一步给出了计算此平均能量耗散的具体步骤及对应的公式。在根据实测的三点弯曲梁的断裂能回归拟合了特征裂缝张开位移w0后,计算了每个试件整个断裂全过程中不同荷载时刻断裂过程区耗能的平均值。结果表明:随着裂缝扩展,断裂过程区能量耗散的变化和试件尺寸无关,可描述断裂过程区混凝土材料的力学性能。