自密实堆石混凝土力学性能的试验研究

以试验为基础讨论堆石混凝土的力学性能,试验试样直接从自密实堆石混凝土大型试块中切割取样,其尺寸为1 500 mm×500 mm×500 mm.强度试验确定堆石混凝土的立方体抗压强度、棱柱体抗弯强度、棱柱体轴心抗压强度及其力学特征;控制自密实混凝土的自流动距离在1 500 mm范围内,可形成不低于自密实混凝土配制强度的堆石混凝土;堆石混凝土棱柱体轴心受压应力-应变关系曲线基本接近直线,其比例极限和强度极限接近,只有微小的塑性变形,破坏呈突发式纵向劈裂;试样断口形态表明:堆石混凝土中的块石与自密实混凝土界面具有较好的黏结性.     

颗粒形状及粒间摩擦角对堆石体宏观力学行为的影响

基于三维变形体离散单元法对堆石体进行细观研究,采用随机模拟技术生成堆石体三维数值试样,模拟其常规三轴剪切试验,研究堆石体颗粒形状及粒间摩擦系数对宏观力学性能的影响,揭示其细观组构和细观力学参数与堆石体宏观特性的关联性,建立细观力学参数与宏观力学参数的相关关系。数值模拟结果表明：颗粒形状对堆石体宏观特性影响明显,颗粒的长短径比越大,数值试样的峰值强度和残余强度均明显增大,峰值强度对应的轴向应变也逐渐增大,而数值试样的初始模量有所减小;在细观层面上,颗粒的长短径比越大,颗粒的接触法向向加载方向倾斜越明显,接触法向的各向异性程度越大;粒间摩擦角对堆石体宏观特性的影响显著,随着粒间摩擦角的增大,峰值强度明显增大和初始模量均明显增大,数值试样在剪切时的体积收缩量也有所增大,反映了堆石颗粒间的相互作用对颗粒体骨架的宏观力学行为的影响。     

再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土力学性能研究

为研究再生大骨料粒径、原始强度和自密实砂浆强度对再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土力学性能的影响,采用压力机对7组不同再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土试块进行了一系列试验研究。结果表明:自密实砂浆能够充分填充更小骨料粒径构成的堆石体,骨料粒径由100 mm降至60 mm时,自密实砂浆仍可充分地填充堆石体,其立方体抗压强度仅下降5.97%,而轴心抗压强度与劈裂抗拉强度的降幅均在可行范围内,侧面反映出自密实砂浆可填充再生大骨料堆石体且效果显著; 在再生大骨料-自密实砂浆混凝土棱柱体轴心受压的应力-应变关系中,再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土的强度、静态弹性模量和峰值压应变均与骨料粒径、自密实砂浆强度和再生骨料原始强度呈正相关,再生骨料粒径的影响小于再生骨料原始强度和自密实砂浆强度的影响; 通过拟合提出的再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土的强度计算公式和单轴受压多项式型本构模型、有理分式型本构模型计算结果与实测值吻合度良好。     

堆石体三轴剪切试验的三维细观数值模拟

从细观角度出发,采用随机模拟技术建立堆石体的三维随机颗粒模型,基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触,采用损伤软化模型描述细观单元的应力应变关系,当细观单元的损伤度超过损伤阀值时删除该单元,采用Weibull概率分布描述堆石体材料物理力学性质的非均匀性。以水布垭面板堆石坝茅口组堆石为研究对象,进行其三轴剪切试验的变形体离散元细观数值模拟,采用应变控制加载,再现了堆石体的颗粒变形和运动规律。数值计算结果表明,数值模拟能够较好地反映堆石体三轴试验的变形规律,得到的轴向应变–偏应力曲线和轴向应变–体积应变曲线接近试验曲线。从能量角度分析了颗粒变形、颗粒间的摩擦、颗粒的损伤破碎、颗粒运动在加载过程中对系统的贡献。     

基于MPS方法的堆石混凝土填充流动数值模拟

建立了适合分析和预测堆石混凝土填充密实度的三维移动粒子半隐式法(MPS法),其中将自密实混凝土视为单相均质非牛顿流体,并通过Bingham模型进行描述;使用MPS法对自密实混凝土扩展度试验进行数值模拟计算,并与解析解进行对比,以分析MPS法的计算收敛性和精度,验证该方法的准确性.在验证基础上,通过对L B形箱试验进行数值模拟,分析了自密实混凝土在堆石孔隙中的流动特点,预测了堆石混凝土的填充状态,并针对屈服强度这一重要影响因素,对堆石混凝土的密实度进行了分析.研究表明：MPS法可以较好地模拟自密实混凝土在堆石体中的流动过程,预测堆石混凝土的密实度,从而为堆石混凝土工程的设计与施工实践提供参考依据.     

堆石体应力变形细观模拟的随机散粒体不连续变形模型及其应用

 从细观角度建立堆石体的随机散粒体不连续变形(SGDD)模型,该模型采用蒙特卡罗法建立堆石体的随机分布模型,通过基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触作用,可以有效模拟颗粒相互作用及尖端破坏等因素。对堆石体三轴试样进行细观数值模拟和试验验证,再现了堆石体内部的颗粒运动变形规律。数值计算结果表明,SGDD模型能够较好地反映堆石体试验的瞬时变形规律。对室内试验缩尺效应进行探讨,采用试验级配与真实级配的2组三轴堆石体试样,运用SGDD模型进行对比分析。计算结果表明,在没有考虑堆石体流变和湿化的条件下,采用原始级配的SGDD模型在相同的应力水平和围压下表现出较小的变形。     

高强堆石混凝土研制及其特性研究

借鉴水利水电行业堆石混凝土技术,研制了一种可用作遮弹层材料的新型高强堆石混凝土。研究配置了C100高强自密实混凝土,提出了大粒径岩石粒径大小、形状和物理力学性质等技术要求。通过堆石混凝土浇注试验研究了C100自密实混凝土流动性能,验证其能很好充填大粒径块石的空隙,靶体试验表明其力学及工作性能达到设计要求。     

堆石混凝土综合性能的试验研究

堆石混凝土技术是在自密实混凝土技术上发展出来的一种新型大体积混凝土施工技术,已经开始应用于水利工程.为了研究堆石混凝土的综合性能,设计并浇筑了尺寸为2.0 m×1.0 m×1.8 m,并且带有施工冷热缝的大型堆石混凝土试块.从试块的不同位置取样切割出不同尺寸的试件,分别通过试验检测了堆石混凝土的力学性能和耐久性能.研究结果表明:堆石混凝土的轴心抗压强度高于其浇筑所使用的自密实混凝土强度;堆石混凝土具有较高的抗渗标号,可满足水工大坝混凝土的要求.     

基于离散元的EMAS泡沫混凝土贯入力学性能研究

通过贯入力学试验研究特性材料拦阻系统（EMAS）泡沫混凝土在破碎碾压过程中的力学性能,并分析了冻融作用对其压溃强度及吸能效果的影响.在初步建立泡沫混凝土离散元模型的基础上,提出“虚拟试验法”,以获得泡沫混凝土离散元模型的最佳参数组合.通过模拟抗压强度试验证明了模型仿真精度可达97.7%.在此模型的基础上,研究了混凝土子颗粒及孔隙颗粒的半径和力学参数对材料贯入力学性能的影响.所提出的EMAS泡沫混凝土材料离散元模型可为EMAS拦阻过程仿真提供更为精确的研究方法 .     

自密实堆石混凝土抗拉性能的试验研究

自密实堆石混凝土在拱坝、围堰、港口等结构中有广泛的应用前景.特别是在大坝混凝土结构中,坝体长期处于水压力作用下,抗拉性能的好坏是影响坝体质量和寿命的根本,又直接影响混凝土的开裂和变形.通过从自密实堆石混凝土块体中切割试验试样,研究堆石混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度,并建立抗压强度和抗拉强度的关系,给出相应的数学表达式,为工程提供合理的力学参数.