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。     

孔隙水压循环次数对混凝土损伤影响

历经不同孔隙水压循环次数（0,10,50和200次）后,进行了中低应变速率(10-4/s)下混凝土常三轴受压损伤特性试验研究,分析其峰值应力、应变和弹性模量等基本力学参数随孔隙水循环次数变化的关系。同时依据受压切线模量的退化定义了损伤变量,得到应力水平比 损伤曲线,对混凝土损伤特性进行了研究。结果表明:①历经不同孔隙水循环后,混凝土常三轴受压峰值应力和应变随循环次数的增加呈指函数增加的趋势;弹性模量随循环次数的增加呈幂函数减小趋势并逐渐趋于平缓。②历经不同孔隙水循环次数后,混凝土的损伤发展速度整体上均大于0次循环,且随着循环次数的增加损伤速度逐渐降低。③通过应力水平比 损伤曲线,将混凝土损伤演化过程分为3阶段:损伤起始阶段、损伤发展阶段和损伤失稳阶段,同时依据所求损伤变量数据,拟合构建了损伤随应力水平比的演化方程。④依据损伤3个发展阶段定义了损伤界点,分析了损伤界点和损伤3阶段的应力水平区间长度随不同循环孔隙水压次数的变化。分析表明,随孔隙水压循环次数的增加,损伤界点对应的应力水平先增后减。     

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     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

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。     

循环孔隙水压力作用对混凝土损伤特性研究

为研究混凝土在历经循环孔隙水压力后的损伤特性,利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪,进行了常三轴混凝土动静力加载试验,基于能量分析的损伤本构模型改进,确定损伤变量,进行不同加载速率、不同循环孔隙水作用后的混凝土损伤特性的对比分析。研究结果表明:当饱和混凝土试件分别经历不同大小的循环孔隙水压力作用后,低应变速率下,损伤曲线分布较为分散,随着应变速率的增大损伤曲线越来越趋于集中。随着加载时应变速率的提高,损伤曲线的分布呈现出了一定的规律性:低应变速率下,随着循环孔隙水压力值的增大,产生相同值的损伤对应的应变越小;高应变速率下,产生相同值的损伤发生的应变越来越大。     

循环加载下塑性混凝土的应力-应变曲线分析

通过设置4组配合比浇筑圆柱体和棱柱体试件,进行了抗压强度和弹性模量试验。试验分析了应力-应变曲线、预压段和未预压段以及循环段的应力-应变曲线的特点,比较了预压段与未预压段的应力-应变曲线。通过对曲线斜率的分析,了解试件孔隙存在的微观性,明确预压时循环次数对应力-应变曲线的影响。试验结果表明:塑性混凝土应力-应变曲线的上升段较普通混凝土有明显的不同,预压段的应力-应变曲线的斜率先增加后减小,而未预压段的曲线斜率一直增加。同时,可以宏观地明白试件内部孔隙存在的微观性,得出预压次数对应力-应变曲线的影响并不大。所得出的结论对塑性混凝土今后的科学研究与工程应用具有一定的借鉴。     

循环压缩作用下铁尾矿砂混凝土变形破坏试验研究

为了研究循环压缩对不同铁尾矿砂掺量的混凝土疲劳损伤的影响,对铁尾矿砂混凝土开展了拌合物性能和变幅循环压缩试验。结果表明：铁尾矿砂混凝土吸水率均大于普通混凝土且吸水率随掺量增加而增大;铁尾矿砂掺量在40%以内时混凝土流动性较好,且压力泌水率属于可泵送空间;掺有铁尾矿砂的混凝土的循环受压应力-应变曲线由密变疏且变形相对普通混凝土较小;加载变形模量在临近破坏时会突然降低,总输入能和弹性应变能增长速率随着循环受压次数的增加而增大,而耗散能先缓慢增大之后迅速增大。     

水压循环作用对砂岩卸荷破坏试验研究

选取三峡工程库区典型砂岩为试验对象,利用岩石三轴流变仪进行水压循环作用下的卸荷力学试验,探究水压循环次数对砂岩卸荷破坏应力、应变的影响规律,分析水压循环下的砂岩卸荷破坏特性。结果表明,根据峰值强度、峰值围压的变化趋势可将水压循环对砂岩的劣化分为初始阶段、加重阶段和饱和阶段;随着水压循环次数的增加,峰值强度沿反"S"形曲线下降,峰值围压值沿正"S"形曲线上升;轴向与环向应变围压柔量值均随水压循环次数增加而增大,但在初始与加重阶段,轴向应变围压柔量增幅明显大于环向。     

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。     

混凝土应变率效应产生机理探讨

混凝土材料在动载作用下存在应变率敏感效应，其产生机理尚待深入研究。本文进行了全级配混凝土试件的细观数值模拟，分析了地震荷载作用下惯性、阻尼以及其它因素对动载增强效应的影响，讨论了所引入率效应强化参数的物理意义，同时分析了静载和动载作用下混凝土裂缝形态、变形滞后效应和损伤滞后效应。通过混凝土细观力学数值试验，分析研究了有关混凝土材料的声发射试验和CT观测成果、Eibl等人的惯性效应理论以及Stefan效应理论，认为在动载作用下混凝土材料变形的滞后性产生了损伤滞后性最终表现为应变率强化效应。     

不同侧应力状态下混凝土循环加卸载损伤特性

采用大型多功能液压伺服静动力三轴仪对不同单向恒定侧压下的混凝土进行应变速率为10-4s-1的等应变增量循环加卸载试验,恒定侧压为单轴静态抗压强度的0%,5%,10%。研究了不同侧应力水平下应力-应变全曲线中滞回环的变化规律,分析滞回环与耗散能的关系,并构建损伤估计模型,最后基于耗散能统计,研究混凝土的损伤特性。得出主要结论如下:(1)全曲线中滞回环在卸载初始阶段应力下降较快而变形恢复很慢,但随着应力的逐渐下降,应变恢复才开始加快;(2)在循环次数相同时,耗散能随着侧应力的增加而增加,且增加幅度明显,表明单位耗散能具有明显的侧应力敏感性;(3)建立的双参数损伤估计模型,能够很好地拟合循环加卸载损伤与累积残余应变的关系;(4)随着侧压比的提高,混凝土损伤发展速度逐渐减慢,损伤累积的路径大幅延长。     

变幅循环加卸载下硫酸盐侵蚀混凝土力学与变形性能

变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能演化规律。结果表明随着硫酸钠浓度和侵蚀时间增加,试件强度降低、破坏时完成的变幅循环次数减少。累积残余应变随着加载应变增大呈上升趋势,变化速率不断提高;加载应变差始终大于累积残余应变差,随着循环次数增加逐步接近;动弹性模量和塑性变形率随着循环次数增加整体呈提高趋势;耗散能随着循环次数增加而增大,尤其是在后期耗散能变化速率增快。     

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。     

大体积混凝土结构应力场的粘弹塑性分析方法

根据混凝土材料强度、变形、损伤拉压显著不同的力学特性，分别在拉应变空间考虑粘弹性与损伤耦合、在压应变空间考虑粘弹塑性与损伤耦合，应用应变能等价原理建立了混凝土的粘弹塑性损伤本构模型。在粘弹塑性损伤本构模型中，混凝土的刚度退化和应变软化由正交各向异性损伤理论描述，弹塑性特性由内时理论来描述，内时理论没有屈服面，使模型的参数和方程大大减少，从而简化了非线性计算过程。考虑温度、徐变、自生体积变形、干缩变形等因素的影响，用增量一迭代法建立了大体积混凝土结构应力场的粘弹塑性有限元表达式。     

基于声发射的自然与饱水状态混凝土动态劈拉特性对比

为研究自然状态与饱水状态混凝土的动态劈拉特性,进行了不同应变速率(10^-5/s ,10^-4/s ,10^-3/s ,10^-2/s)下的径向劈拉试验,对混凝土劈拉强度进行了深入分析,并利用实时采集的声发射数据分析自然状态与饱水状态混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及破坏规律。结果表明:自然状态和饱水状态混凝土的劈拉强度随加载速率的增加而增大。在低应变速率(10^-5/s,10^-4/s和10^-3/s)时,由于自由水的楔入作用,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土的劈拉强度小;在应变速率为10^-2/s时,由于Stefan 效应,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土大;饱水状态混凝土的动态增强因子比自然状态混凝土的大,饱水状态混凝土率敏感性更显著;声发射信号特征与混凝土的破坏特性相一致,实时采集的声发射信号可对混凝土的劈拉破坏过程进行较准确的监测。