基于三维颗粒离散元法的喷射混凝土单轴抗压试验研究

以喷射混凝土室内单轴抗压试验为基础,研究喷射混凝土单轴抗压试验的三维颗粒离散元模拟方法。根据平行黏结模型的黏结尺寸理论,将室内试验级配进行合理简化,建立三维数值力学试验模型。研究试件在数值试验中的受力全过程和细观破坏形态,得到试验数据,绘制应力-应变曲线和裂缝数-荷载步曲线,与室内试验结果进行对比分析。结果表明:利用简化模型,可提高计算速率;三维颗粒离散元单轴抗压试验模拟获得的喷射混凝土强度特性、微观裂缝的发展过程和试件破坏特点与室内试验结果吻合;三维颗粒离散元法可以描述喷射混凝土这类具有明显非连续性特征材料在单轴受压状态下的细观破坏特征,为研究其在复杂受力条件下的破坏机理奠定基础。     

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 .     

高透水混凝土细观抗压破坏数值仿真模拟研究

以蒙特卡罗方法随机生成高透水混凝土骨料、孔隙模型,并用ANSYS的APDL参数化设计语言编程进行实现,对高透水混凝土抗压破坏过程进行了仿真计算分析。对椭圆型或圆形骨料而言,高透水混凝土的抗压破坏过程基本是沿孔隙与界面间的薄水泥石破坏开始,向四周延伸,当水泥石和界面破坏到一定程度,骨料开始破坏,此时结构失稳,试件将失去承受荷载能力。对研究高透水混凝土破坏机理有一定的参考价值。     

混凝土细观分析的研究现状

介绍了混凝土细观力学分析方法,即混凝土数值模拟和CT试验研究,数值模拟详细分析讨论了随机骨料模型、格构模型、随机力学特性模型、统计细观损伤力学模型、离散元模型等5种细观力学数值模型的特点以及高性能并行计算作用及实现.考虑到国内医用CT试验只能进行一级配混凝土试件拉、压破坏试验,对二级配混凝土只能进行拉伸破坏试验,因此对多级配混凝土进行细观分析.必须与工业CT结合,将可以完成拉伸、压缩、动力试验,为混凝土的细观研究提供了另一条路径.     

透水混凝土物理力学性能试验研究

针对透水混凝土的抗压强度与抗折强度、劈裂强度之间的相关性,以及孔隙率对它们的影响和无砂透水混凝土与普通混凝土的收缩性能进行了试验研究;对透水混凝土与普通混凝土破坏的不同之处和对无砂透水混凝土与普通混凝土的收缩特性进行了分析。     

基于离散单元法的混凝土细观力学模型研究进展

介绍了离散单元法用于混凝土细观结构数值模拟的优越性及其基本原理;总结了目前基于离散单元法的刚体-弹簧元模型、扩展的离散单元法、颗粒-界面元模型、梁-颗粒模型等常用模型的原理、研究现状、成果,以及各自的优缺点;对数值模型建立中应考虑的关键问题,如破坏准则、本构关系以及材料参数的确定方法等作了归纳分析.指出目前离散单元法用于混凝土数值模拟的研究主要以二维模型、简单受力状态、定性分析为主,而在复杂受力状态、定量分析、随机性分析以及相应实用软件的开发等方面仍有待进一步研究.     

双立轴强制式混凝土搅拌机物料流动的模拟分析

针对2 m~3的双立轴强制式混凝土搅拌机建立物理简化模型,并利用三维建模软件Pro/E建立实体模型,离散元软件EDEM对物料搅拌流动过程进行模拟仿真。结合相关试验,对双立轴强制式混凝土搅拌机搅拌过程中物料颗粒的流动轨迹,以及物料混合均匀度进行研究分析,为双立轴搅拌机结构设计提供参考。     

空心钢管混凝土脱落试验及离散元研究

空心钢管混凝土柱中混凝土脱落对结构的承载能力有着重要的影响。在不同荷载作用下混凝土是否发生脱落,在工程实际中有着重要的意义。本文做了空心钢管混凝土内部混凝土脱落试验,通过分析轴压,偏压,侧推力作用下混凝土脱落的情况,得到了试件在轴压和偏压作用下试件不会发生脱落现象,在侧推力作用下试件发生了脱落,说明了在轴压和偏压情况下可以不考虑混凝土的脱落问题,而在侧推力作用下试件对混凝土的脱落对空心钢管混凝土柱的承载能力有着重要的影响,并通过试验现象发现了试件先发生钢管的屈曲后发生混凝土的脱落的现象,并建议在工程中应用空心钢管混凝土作为主要构件时,需在有侧向力位置处设置加强环,以避免发生局部破坏。而在离散元中,通过离散元的基本原理,建立了钢管与钢管混凝土的离散元模型并进行了验证,模拟了侧推力作用下空心钢管混凝土柱的混凝土脱落,得到了混凝土脱落的全过程,以及破坏形态。并与试验进行了对比,说明了离散元是可以模拟空心钢管混凝土的脱落问题。研究结果表明,侧向力对混凝土的脱落有着重要的影响,离散元法模拟空心钢管混凝土脱落问题,可以作为研究此类问题的一种新方法而尝试。     

配合比参数对透水混凝土性能影响试验研究

为找出配合比参数对透水混凝土性能影响主次关系及得出最后配合比参数组合,设计三因素三水平正交试验,构建三层结构模型。首先,由试验得出透水混凝土28d抗压强度及透水系数,建立正交设计试验表,再引入矩阵分析法,按照步骤进行计算,然后根据三层矩阵得出各指标权重矩阵以及总权度矩阵,得出三个参数对单个考察指标的影响主次关系,以及对每个考察指标的最优参数组合,最终分析得到所考察多指标下配合比参数对其性能影响的主次关系及最佳配合比参数组合。为实际工程中透水混凝土配合比设计提供依据。     

混凝土类脆性无序介质破坏过程的动态模拟研究

本文应用最近发展的基于准分子动力学无网格的物理模拟方法———离散元法DM2 (DiscreteMeso elementDy namicMethod)对速度边界控制条件下混凝土类脆性无序介质在单轴拉力和压力作用下的破坏过程进行了动态模拟 ,与实际的试验结果以及梁 颗粒模型的模拟结果比较 ,破坏形式吻合较好 ,从而验证了该方法在模拟混凝土类脆性无序介质动态破坏过程中的可行性     

聚丙烯纤维改性聚合物透水混凝土路面路用性能试验

为缓解聚合物透水混凝土路面硬化后脆性发展对路面的破坏,在已有经验和结论基础上研究聚丙烯纤维改性聚合物透水混凝土路面的路用性能。以无溶剂聚氨酯为胶黏剂,复掺聚丙烯纤维透水混凝土为道路面层,制作路段模型进行抗氯离子渗透、承载力、抗冲击和路面径流削减等一系列试验研究,并与普通透水混凝土对比分析。结果表明:普通透水混凝土与聚合物透水混凝土渗透系数分别为初始渗透系数的81%与92%,普通透水混凝土较聚合物透水混凝土易堵,主要由于聚合物乳液改善了新拌透水混凝土的工作性能,提高了混凝土的致密性; 胶乳中含有大量活性物质,在混凝土水化、硬化过程中增加了胶乳与集料及水化产物的黏附性; 聚丙烯纤维改性聚合物透水混凝土面层承载力较聚合物透水混凝土面层承载力提高了52%; 随着聚丙烯纤维掺量的增加,抗冲击性能增强,在复掺聚丙烯纤维掺量(质量分数)为1.5%时,抗冲击性能提高245.9%; 聚丙烯纤维改性聚合物透水混凝土路面雨量径流系数为0.11～0.29,较普通透水混凝土路面有更好的径流削减效果。     

基于正交试验的再生骨料透水混凝土性能影响研究

利用再生骨料制备透水混凝土,分析多因素对再生骨料透水混凝土性能的影响,基于正交试验设计对再生骨料透水混凝土的基本物理性能进行试验和分析,研究了不同水平下目标孔隙率、水胶比、矿物掺合料掺量等因素对再生骨料透水混凝土有效孔隙率、28 d抗压强度和透水系数等性能的影响,并通过拟合28 d抗压强度与透水系数试验数据的相关关系,研究建立了两者的线性预测模型。结果表明:各因素对再生骨料透水混凝土的28 d抗压强度和透水系数影响的综合排序为:目标孔隙率>水胶比>矿物掺合料掺量;再生骨料透水混凝土的28 d抗压强度和透水系数呈反相关的线性关系,其线性回归模型可用于实际工程的预测。     

采用Design-Expert软件优化透水混凝土配合比设计

采用Design-Expert 7.0软件对透水混凝土配合比进行了方案设计和试验结果分析.结果表明,在成型方式相同的情况下,水泥用量、骨料级配和粒径是影响透水混凝土透水性和抗压强度的主要因素,而水灰比对多孔透水混凝土的性能影响较小;使用Design-Expert 7.0软件可以有效的分析不同因素对透水混凝土性能的影响,通过数据分析建立模型,可以得到透水混凝土的优化配合比.     

透水混凝土强度与透水系数关系模型研究

为建立透水混凝土抗压强度与透水系数的定量关系模型,制备了透水混凝土试件,并测试了试件的有效孔隙率、透水系数和28 d抗压强度.结合现有模型,建立了基于Griffith断裂理论的数学关系模型,并验证了模型的有效性;基于本文提出的模型,选取合适参数,可以对透水混凝土性能进行有效预测.     

透水混凝土改造既有水泥混凝土路面粘结面抗剪性能试验研究

通过对8组24个立方体试件的剪切试验,研究了透水混凝土加铺层与既有水泥混凝土粘结面的抗剪性能,并分析了不同水泥混凝土开孔率以及透水混凝土强度对粘结面抗剪强度的影响。结果表明:试件破坏均出现在粘结面,且破坏形式均为脆性破坏,表明透水混凝土与水泥混凝土的粘结面是一个薄弱面;随着开孔率的增大,粘结面抗剪强度逐渐提高,其中开孔试件的粘结面抗剪强度相较未开孔试件最高提高达47.02%;随着透水混凝土强度的提高,粘结面抗剪强度有所提高,且提高幅度在20%以内。通过方差分析表明,水泥混凝土开孔率和透水混凝土强度的交互作用对粘结面抗剪强度影响极不显著,而开孔率对粘结面抗剪强度起主要控制作用。研究成果可以为透水混凝土改造既有水泥混凝土路面的工程实践提供参考。     

干湿循环下透水型生态混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

对透水型生态混凝土在不同浓度硫酸盐干湿循环条件下进行了侵蚀试验,测定了透水型生态混凝土的抗压强度耐蚀系数、相对动弹性模量和质量变化率。并辅以SEM电镜和EDS成分分析,探究了不同浓度硫酸盐侵蚀下试件微观损伤过程和侵蚀破坏规律。试验结果表明:在硫酸盐干湿环境下,透水型生态混凝土的抗压强度耐蚀系数、质量变化率均呈现出先上升再下降的变化趋势。浓度越高,侵蚀破坏的周期越短。通过微观分析发现,试件侵蚀产物多为硫酸钠结晶、钙矾石和石膏以及少量碳化碳硫硅钙石结晶。此外,实验室烘干会加速试件本身和侵蚀结晶碳化,生成碳硫硅钙石结晶。     

沥青混合料低温劈裂试验离散元数值模拟影响因素分析

基于颗粒流软件PFC2D,建立沥青混合料劈裂试验二维离散元模型,研究集料模型(clump模型和cluster模型)、几何形状、混合料孔隙率,以及加载方向对沥青混合料低温劈裂试验离散元数值模拟的影响。研究结果表明,集料模型、几何形状、混合料空隙率,以及加载方向等,都对沥青混合料低温劈裂试验离散元数值模拟产生明显的影响。     

基于离散元再生混凝土单轴拉伸细观数值研究

再生混凝土以其固废再利用的优势得到了广泛的关注，但不明确的破坏机理限制其工程应用。基于离散元理论，建立再生混凝土单轴拉伸细观离散元模型，模拟了再生混凝土单轴拉伸作用下裂纹发展及宏观力学响应，揭示了再生混凝土细观层面破坏机制。通过与现有的第三方试验对比，验证了所提出模型的可靠性。研究表明：初始裂纹的形成与扩展取决于新、老砂浆层的强度。当新砂浆强度大于老砂浆时，初始裂纹始于老界面；反之，初始裂纹主要始于新界面。进一步，老砂浆力学性能总体与再生混凝土抗拉强度、弹性模量正相关。但当老砂浆强度高于新砂浆强度后，随着老砂浆强度增长，再生混凝土强度基本不变。此外，清除附着的老砂浆可以有效的提升再生混凝土的力学性能；再生混凝土中再生骨料应来源于混凝土等级较高的构件。研究揭示了荷载作用下再生混凝土破坏机制，为再生混凝土的优化及在工程上运用提供了理论支撑。     

基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟

为了有效模拟土石混合体室内大型三轴试验侧向柔性乳胶膜的力学行为,提出了一种可行的三轴试验侧向柔性薄膜边界的三维离散元模拟方法,即三维组合墙法。结合已开发的不规则块石及土石混合体三维离散元建模方法,建立了可考虑柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试样三维离散元模型。引入平行黏结模型以更好地模拟胶结土石混合体中颗粒间的胶结作用,通过开展大型三轴数值试验逐一全面地标定了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值模型的细观力学参数。分析了无胶结土石混合体和胶结土石混合体数值试样的变形破坏过程及特征,并与室内试验结果进行了对比。结果表明:所提出的三维柔性薄膜边界建模方法原理简单,参数较少,易于实现,且能节省计算资源;基于三维柔性薄膜边界的土石混合体大型三轴试验颗粒离散元模拟能较好地再现土石混合体的应力–应变特征、无胶结土石混合体的鼓肚变形破坏特征、胶结土石混合体变形局部化的过程及其剪切带的细观结构特征。     

磷酸镁水泥在生态透水混凝土中应用研究

采用磷酸镁水泥作为胶凝材料,与不同级配的骨料复合制备生态透水混凝土,分别探讨了胶凝材料体积掺量和骨料粒径对透水混凝土不同龄期抗压强度、抗折强度、孔隙率和透水系数的影响,并基于大粒径的透水混凝土进行了植草试验。研究结果表明:磷酸镁水泥具有较高的粘结强度,透水混凝土受压破坏大部分是由于骨料之间的点接触产生的局部应力导致骨料破坏。磷酸镁水泥制备的透水混凝土28 d抗压强度为25.8 MPa,抗折强度为5.6 MPa,透水系数为8.83 cm/s,同时具有良好的植生特性。