小骨料混凝土双K断裂参数的试验测定

双K断裂模型以起裂韧度和失稳韧度来描述混凝土裂缝扩展过程，《水工混凝土断裂试验规程》将双K断裂模型作为该规程的基本理论依据，并将该模型的双K断裂参数作为试验规程要求测定的基本断裂参数。为配合该规程的制定，本文进行了19个三点弯曲梁试件和25个楔入劈拉试件共43个试件的断裂试验，对小骨料混凝土双K断裂参数的起裂韧度和失稳韧度进行直接试验测定。所有试件均为同批浇注相同级配，最大骨料粒径为10mm，试验中采用了电阻应变片法作为确定起裂荷载的参考。结果表明，起裂荷载与最大荷载之比为0.67～0.71，起裂韧度与失稳韧度之比为0.45～0.50，变化较稳定；楔入劈拉试件高度大于等于400mm、三点弯曲梁试件高度大于等于200mm时，起裂韧度与失稳韧度基本为常数，但同组试件之间具有一定的离散性；两种试件形式的韧度值有一定的差异。根据本文试验数据计算得到的裂缝尖端开口位移临界值较断裂韧度参数更容易受到试件尺寸的影响，楔入劈拉试件高度大于600mm时，其值为0.056～0.070mm；三点弯曲梁试件高度大于300mm时，其值为0.040～0.047mm，比较稳定。     

不同冻融方式下混凝土双K断裂韧度对比试验

为了研究不同冻融方式对混凝土双K断裂韧度带来的不同影响,设计了5组共计15个试件,分别经历干燥、水浸泡、水冻融、盐浸泡、盐冻融作用20 d后进行三点弯曲梁试验。测定了试件断裂过程中的荷载、张口位移、裂缝尖端应变等参数的特征值和全过程曲线,基于双K断裂理论分别计算了各组环境下混凝土的有效裂缝长度、起裂荷载、失稳荷载等断裂参数。结果表明:不同冻融方式对混凝土造成的影响具有一定的相似性,水冻融与盐冻融均会对混凝土的弹性模量造成损失,使其断裂力学性能下降,但会提高混凝土韧性。在损伤程度和损伤后混凝土受力表现上不同冻融方式有显著区别。水冻融后混凝土受荷时更易开裂,但水冻融环境对混凝土抵抗裂缝发展能力的影响不明显。盐冻融后混凝土抵抗裂缝发生以及发展的能力同时降低,但混凝土受力时裂缝的发生会相对推迟。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土双K断裂参数

本文将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合，利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc，求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac的解析解，据此计算了最大尺寸为700×700×200mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度,失稳断裂韧度及临界裂缝尖端张开位移CTODc，并与试验结果进行了比较。研究结果表明，当试件高度h＞400mm时，、，CTODc是一个与试件高度无关的断裂参数     

高强混凝土双K断裂参数测试及计算方法

采用楔入劈拉试样研究高强混凝土的双K断裂参数测试和计算方法。利用应变片测定试件的起裂荷载,计算得到试件精确的起裂断裂韧度。认为利用普通混凝土双线性软化曲线的经验参数,并基于虚拟裂缝扩展黏聚力强度理论间接计算得到的起裂断裂韧度值偏小,因此迫切需要进一步研究高强混凝土软化曲线的参数,以完善混凝土的双K断裂理论。     

混凝土双K断裂韧度的率相关性

采用中央带穿透裂缝的立方体劈拉试件几何形式,本文研究了应变率对混凝土双K断裂韧度的影响。试验采用的应变率范围为10-5/s~10-2/s。结果表明:双K断裂计算理论可由拟静态进一步拓展到地震加载率;随应变率增加,起裂断裂韧度线性增加,失稳断裂韧度先增加后保持不变;应变率不高于10-3/s时,高应变率作用下的试件会产生较大的临界裂缝扩展长度,临界裂缝扩展率较为缓慢,但应变率高于10-3/s时,临界裂缝扩展长度反而减小,临界裂缝扩展率呈指数迅速增加。最后,引入名义起裂强度率和临界裂缝扩展率两参数分别建立了起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的率相关模型。     

龄期对碾压混凝土双K断裂参数影响的试验研究

为了研究龄期对碾压混凝土双K断裂参数的影响,制作了龄期为28,60,90 d共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,结合双K断裂参数公式,得到了不同龄期试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,并分析了龄期对碾压混凝土断裂性能的影响。试验结果表明:起裂荷载和失稳荷载均随龄期的增大而增大,且起裂和失稳荷载的比值趋于稳定,伴随着龄期的增加,起裂荷载占失稳荷载的比重越来越大;龄期从28 d增加到90 d,起裂和失稳断裂韧度分别增加了0.216 0 MPa·m^1/2和 0.292 2 MPa·m^1/2,起裂和失稳断裂韧度的比值基本在0.5~0.6;有效裂纹长度随龄期的增大而减小,相同尺寸下,龄期越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件的韧性越好。     

试件初始缝长对混凝土双K断裂参数的影响

本文采用尺寸为400mm×400mm×200mm，初始缝高比分别为0.2、0.4、0.5、0.6的楔入劈拉试件，应用线性渐近叠加原理，利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δαc，在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论，采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明，采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异，但当试件缝高比大于或等于0.4时KiniIc及CTODc均与试件初始缝高比无关，而KunIc值则与初始缝高比无关，这表明双K断裂参数及CTODc可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数。     

配筋对混凝土双K断裂参数的影响研究

为了确定在混凝土中配筋对试件断裂参数的影响,采用尺寸为1 000 mm×200 mm×200 mm的3组不同缝高比的钢筋混凝土试件进行试验。通过在初始裂缝两侧粘贴应变片确定了起裂荷载,计算出了钢筋混凝土试件的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、临界有效裂缝长度,并与相同缝高比的素混凝土试件进行了对比。结果表明,在混凝土中配筋,其起裂断裂韧度与失稳断裂韧度分别可以提高8.6%与15%;缝高比越大,钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度值越小;钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度的比值要比素混凝土试件的小,表明在混凝土试件中加入钢筋后可以提高结构的延性;钢筋混凝土试件的初始缝长与临界有效缝长的比值介于0.65～0.88。     

不同龄期混凝土断裂试验研究

为探究不同混凝土的双K断裂参数和材料基本参数(抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量)的内在联系,开展了龄期为2,3,7,21,28,60,90 d混凝土的力学性能试验及三点弯曲梁断裂试验,分析了不同龄期混凝土的力学性能与断裂性能。结果表明:混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量与双K断裂参数随龄期的变化趋势基本一致;各个龄期混凝土的双K断裂参数与材料基本参数近似满足双线性关系。以材料基本参数作为输入参数,借助扩展有限元软件模拟不同龄期试件的断裂过程,得到各个龄期下的P-CMOD曲线及双K断裂参数计算值,与实测结果对比,两者吻合良好。     

纳米改性对再生混凝土双K断裂参数的影响

再生骨料与天然骨料相比,表观密度低,吸水率大,压碎指标大,导致再生混凝土的性能较差。本文采用纳米SiO_2溶液对再生混凝土进行改性处理,通过三点弯曲梁法对再生骨料取代率不同(0,50%,70%,100%)的试件、取代率50%和100%下不同纳米SiO_2掺量的试件共12组60根试件进行断裂实验,用双K断裂参数评价再生混凝土的断裂性能,研究再生骨料取代率和纳米SiO_2掺量对再生混凝土断裂性能的影响。结果表明,再生混凝土的起裂韧度和失稳韧度整体随着再生骨料取代率的增加而降低;适量纳米SiO_2的掺入能提高再生混凝土的断裂韧度,再生骨料取代率50%和100%、纳米SiO_2掺量1.0%时再生混凝土的起裂韧度和失稳韧度提升程度最大,分别达到0.6929 MPa·m~(1/2)、1.3073 MPa·m~(1/2)和0.5552 MPa·m~(1/2)、1.2410 MPa·m~(1/2)。     

混凝土水力劈裂试验研究

本文采用改进后的楔形劈拉试验密封装置进行了有(无)水压作用下的混凝土(水力)劈拉试验。设计的密封装置通过特制的夹具、硅胶板来实现密封水的作用,以承受施加在混凝土试件预制缝的外部水压力。试验表明,本文设计的密封装置对混凝土试件断裂参数的影响相对较小。根据预埋在裂缝尖端水压力传感器记录的数据,拟合并总结出混凝土试件缝面水压力在不同阶段的分布情况及一般规律。试验结果表明,不论是慢速加载还是快速加载,当水稳定进入裂缝时,缝面水压分布曲线主要由直线段和抛物线段两部分组成;慢速张开情况下裂缝口的水有足够的时间流入裂缝内,快速张开时缝内水的运动明显有滞后性。当慢速与快速加载作用达到相同的裂缝张开宽度时,慢速加载时缝面水压力是快速张开情况下的2~3倍。外水压对混凝土楔形劈拉失稳荷载影响较大,随着外水压的增大,试件的失稳荷载明显减小;快速加载下,失稳荷载比慢速加载时要有所增大。水力劈裂试件的扩展裂缝形状比较平直,而无水压作用时,试件劈裂扩展裂缝形状则有较多的曲折。     

试件初始缝长对混凝民裂参数的影响

本文采用尺寸为 40 0mm× 40 0mm× 2 0 0mm ,初始缝高比分别为 0 2、 0 4、 0 5、 0 6的楔入劈拉试件 ,应用线性渐近叠加原理 ,利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc 计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δac,在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论 ,采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明 ,采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异 ,但当试件缝高比大于或等于 0 4时KiniIc及CTODc 均与试件初始缝高比无关 ,而KunIc值则与初始缝高比无关 ,这表明双K断裂参数及CTODc 可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数 .     

碾压混凝土层面双G断裂参数的试验研究

通过对不同形式的碾压混凝土层面及本体试件进行楔入劈拉试验,得到了各种层面形式的能量型断裂参数,比较了层面处理方式和间隔时间对于层面断裂性能的影响。通过对断裂参数规律的分析得出,本体试件的失稳断裂韧度最大,终凝后处理的层面形式的试件次之,初凝与终凝之间处理的层面形式的试件更小,初凝前处理的层面形式的试件最小。层面间隔时间相同的情况下,层面经过处理的试件要比层面不处理的试件的失稳韧度大;层面处理方式相同的情况下,层面间隔时间短的试件的断裂韧度比间隔时间长的略大。     

多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂研究综述

阐述了混凝土结构水力劈裂的研究现状,结合多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂研究中存在的问题,从水工混凝土结构水力劈裂理论、试验技术、数值模拟和不同耦合条件下裂缝扩展研究等方面归纳了国内外的研究成果,提出了多场耦合作用下高混凝土坝水力劈裂试验仪器设备研制、试验测试技术、多场耦合作用下裂缝扩展机理及耦合机理、考虑结构裂缝任意性的数值模拟技术等尚待进一步研究的问题。     

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。     

静水压下混凝土水分与氯离子渗透及其相关性研究

通过对3种混凝土在不同静水压力和持压时间下的压力渗透试验,研究了静水压力对混凝土中水分和氯离子渗透的影响及两者之间的关系。结果表明,压力条件下水灰比仍是影响混凝土渗水性能的重要参数,水灰比为0.5的混凝土渗水深度约为水灰比为0.4的1.3倍;双掺20%粉煤灰和矿粉显著提高混凝土的抗压力水渗能力,渗水深度约为普通混凝土的59.6%;活性混合材能够增强胶凝基体对氯离子的过滤和化学固化能力,即使存在外界压力作用,其抗氯离子渗透能力也大幅提高,渗透深度仅为未掺时的42.5%,优于其抗水渗效果;氯离子渗透滞后于水分渗透,两者并不同步,但数据统计存在较好的线性关系,利用混凝土抗压力水渗试验可间接评价其氯离子压力渗透性能。     

用断裂力学研究混凝土裂缝的允许灌浆压力

混凝土大坝在施工期或运行期产生裂缝的现象较为普遍,为了满足工程安全运行要求,一般对危害较大的裂缝进行灌浆处理.灌浆压力是裂缝灌浆中非常重要的设计参数,合理选择灌浆压力是控制灌浆质量好坏的关键.但灌浆压力同时又是作用于缝面的劈裂力,如果灌浆压力控制不当,会导致裂缝因注浆劈裂而扩展.文中从简单模型出发,研究混凝土裂缝灌浆临界压力以及灌浆压力对裂缝稳定性的影响,从而研究不同缝长和不同约束条件下混凝土裂缝安全灌浆压力.     

基于双标量损伤黏聚裂缝模型的混凝土单轴受压裂缝扩展分析

为了解决混凝土单轴受压裂缝扩展问题,将损伤力学的观点引入到黏聚裂缝模型的描述中,在热力学的框架上提出了一类双标量损伤黏聚裂缝模型。根据试验数据拟合了受拉及受剪两种损伤演化曲线,并将库伦定理引入到受剪损伤演化曲线中,使得本文提出的黏聚裂缝模型更为完善,不仅能描述混凝土单一(I、II型)裂缝模式,同时还能描述复合(拉剪及压剪)裂缝模式下裂缝面间黏聚应力与相对位移之间的关系。在数值方法上,采用非规则界面单元方法:在试块内随机划分三角网格,并在所有三角单元边界上嵌入界面单元,使得裂缝能在试件全局内随机扩展。结合以上两种方法,对混凝土单轴受压裂缝扩展进行数值模拟,数值模拟结果能较好的描述裂缝扩展过程中出现的多裂缝同时扩展、裂缝贯通汇集以及横向膨胀变形等现象。