大坝和湿筛混凝土起裂荷载的确定方法

混凝土材料的断裂破坏特征是准脆性的,也就是说裂缝的发展是一个过程量,断裂荷载-位移曲线呈现非线性是由断裂过程区的发展所造成的,而对于采用双K断裂模型准则来说,要来预测大坝混凝土的裂缝发展状态,需要实测混凝土的断裂控制参数起裂韧度KiniIC和失稳断裂韧度KunIC.裂缝在开裂时,裂缝所对应的初始长度记为a0,所对应的荷载称之为起裂荷载Pini.要获得起裂韧度KiniIC的实测值需要测定起裂荷载Pini的值.Pini的试验确定对双K断裂参数的实测值十分重要.     

基于双K断裂模型的海水对混凝土断裂性能的影响研究

基于双K断裂模型,通过三点弯曲试验研究了海水养护、海水搅拌对混凝土断裂性能的影响。试验结果表明:海水拌制明显降低了混凝土的起裂荷载及峰值荷载,对混凝土的起裂断裂韧度KIcini及失稳韧度KIcun也均有降低作用,降幅最大分别达到52.6%和25.6%;海水养护对双K断裂参数影响相对较小,起裂断裂韧度及失稳韧度降幅范围分别为3.2%~23.4%、12.7%~20.8%。此外在海水影响下,计算得到的断裂能有较明显的降低,降幅范围在14.5%~28.1%。海水对混凝土立方体抗压强度影响较小。     

不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析

为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能,设计了5组共20个不同截面高度的楔入劈拉试件进行混凝土断裂试验.改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用,简化了分析计算.在双K断裂理论的基础上,采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算.试验结果表明:在200~700 mm设计的截面高度范围内,试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大;起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响;失稳断裂韧度在试件截面高度低于500 mm时表现出一定的尺寸效应,随试件高度增大而逐渐增大,当试件截面高度大于500 mm时其值趋于稳定,可认为是一个常数.     

自密实混凝土断裂性能的试验研究

在混凝土三点弯梁断裂试验研究中,对双K断裂参数模型试验进行了简化,通过应力控制加载方式测量应变,利用试件变形的三角形比例关系求得裂缝口张开位移.对C35与C50自密实混凝土断裂性能的试验研究表明,自密实混凝土的断裂性能与相同强度等级的普通混凝土相比有所降低;自密实混凝土的失稳断裂韧度随龄期近似线性增长,起裂韧度一开始增长较快,随后增长速度有所减缓;自密实混凝土断裂参数和抗压强度之间存在近似线性关系.提出的简化方法有较高的精度,可以为自密实混凝土断裂性能研究与实际工程应用提供可靠的参考.     

高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线

采用楔入劈拉法试验,设置20～600 ℃共10组温度,试件尺寸统一采用230 mm×200 mm×200 mm,初始缝高比为0.4.根据试验得到的荷载-开口位移曲线（P-CMOD）求得应力强度因子曲线（K曲线）.基于虚拟裂缝黏聚应力,对高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线进行求解.将混凝土断裂全过程划分为4个部分,裂缝黏聚应力呈Petersson双线性软化曲线分布.计算表明,在某一特定温度下,裂缝扩展阻力曲线随裂缝扩展长度的增加而增长;阻力曲线随温度的上升呈下降趋势.对应力强度因子曲线与裂缝扩展阻力曲线进行裂缝扩展的稳定性分析.结果表明,当裂缝扩展阻力曲线位于应力强度因子曲线上方时,裂缝稳定发展;反之,裂缝将失稳发展.该判据可以等同于双K断裂准则,起裂韧度、失稳韧度是裂缝扩展阻力曲线上的2个关键点.     

掺锂渣再生混凝土三点弯曲梁双K断裂特性

为研究锂渣掺量和再生粗骨料取代率对掺锂渣再生混凝土双K断裂韧度的影响规律,试验制作了锂渣掺量分别为0％、10％、20％和再生粗骨料取代率分别为O％、30％、50％的9组配比36根掺锂渣再生混凝土标准三点弯曲梁进行断裂测试,并在分析裂缝扩展过程的基础上提出了混凝土断裂韧度预估模型.试验结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,混凝土双K断裂韧度均呈现先增大、后减小的趋势;锂渣的掺入可以提高混凝土的双K断裂韧度,且在一定程度上弥补高再生粗骨料取代率导致混凝土断裂韧度小的不足;锂渣掺量为20％、再生粗骨料取代率为30％时,混凝土双K断裂特性最优,起裂韧度和失稳韧度分别为0.54 MPa·m1/2和1.07 MPa· m1/2,较基准组分别提高了42.1％和23％.     

早龄期混凝土断裂性能和微观结构的试验研究

为了克服大体积混凝土工程中因早期裂缝引起的结构失效和耐久性降低问题，研究了早龄期混凝土
断裂性能和微观结构. 基于双参数模型，通过测定三种不同配合比混凝土浇注后18 h、1 d、2 d、7 d和
28 d的断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移，提出了早龄期混凝土断裂韧度与抗压强度的关系式，并通过压
汞测孔法(MIP)研究了相应龄期混凝土的孔隙率和孔径分布.试验结果表明,同龄期的断裂韧度值随着抗压
强度增长而增长，早龄期混凝土的抗裂性能小于成熟期混凝土.水胶比越小，相同龄期的孔隙率越小.早龄
期混凝土断裂韧度与孔隙率具有相关性，此相关性可用于抑制大体积混凝土的早期开裂.     

不同钢纤维掺量的UHPC断裂性能试验研究

采用楔入劈拉试验方法,开展不同钢纤维掺量UHPC和普通混凝土(NC)、高强混凝土(HSC)断裂性能的试验研究。结果表明:与NC和HSC相似,UHPC断裂过程也可分为起裂、裂缝扩展和失稳破坏阶段;不掺钢纤维的UHPC0相比于NC、HSC呈无征兆的脆性断裂,掺入钢纤维后UHPC由多条微裂纹汇聚为一条曲折的主裂缝并因钢纤维的拔出而破坏;与NC相比,UHPC0的起裂韧度提高了31%,失稳韧度和断裂能反而降低(分别为72%和45%),而掺入1%钢纤维的UHPC1的起裂韧度、失稳韧度和断裂能分别提高到3.60倍、10.96倍和49.16倍;随着钢纤维掺量的增加,UHPC起裂韧度大致呈线性增长,失稳韧度与断裂能也随之增长,但其提高幅度逐渐趋缓,表明钢纤维的掺入可改善UHPC强度高而脆性强的特性,提高UHPC抗断裂性能。     

白鹤滩大坝低热水泥混凝土断裂性能试验研究

为正确评价白鹤滩大坝低热水泥湿筛混凝土断裂性能,在施工现场浇筑成型５组有效高度为２００～６００ｍｍ,初始缝高比为０．４的楔入劈拉混凝土试件,开展不同尺寸试件的断裂性能试验。根据试验结果,采用双 Ｋ 断裂准则对低热水泥湿筛混凝土断裂性能的尺寸效应展开分析。结 果 表明：不同尺寸试件起裂荷载与峰值荷载的比值为０．６６～０．８７;当试件有效高度达到５００ｍｍ 时,即可得到稳定的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能,分别为１．２６ＭＰａ·ｍ１／２,１．９８ ＭＰａ·ｍ１／２和３２０．７９Ｎ／ｍ。研究成果可为白鹤滩大坝开裂风险分析提供必要的材料参数。     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

酸雨腐蚀对混凝土材料断裂特性的影响

为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验,并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况,同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下,混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长,裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤,混凝土材料松弛并产生微裂隙,这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比,腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化;在不同pH值的模拟酸雨环境中,试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势;随着腐蚀程度的增加,起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小;溶液pH值越低,断裂韧度的增长周期越短,最终的损失也越大。H⁺和SO₄^2-使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化,直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。     

Tests and simulation analysis on fracture performance of concrete

To obtain the fracture parameters of concrete, fracture tests were conducted with three-point bending beam method aiming at 30 concrete beams with different sizes and different intensity. The concrete specimen with prefabricated crack to determine the fracture parameters of concrete were conducted and the fracture performance of the specimen was analyzed. The test results show that, initial fracture toughness is unrelated to the size of specimens; while unstable fracture toughness is related to the size of specimens. As for specimens of bastard size, when concrete intensity is relatively low, unstable fracture toughness increases along with the increase of intensity; when concrete intensity is relatively high, unstable fracture toughness will decrease; when concrete intensity increases continuously, unstable fracture toughness will further increase somewhat. As for specimens of standard size, unstable fracture toughness will increase along with the increase of intensity. Aiming at concrete beam specimens, we conducted two-dimensional non-linear finite element analysis, obtained the stress intensity factor, and carried out contrastive analysis with the experimental results.     

不同含水率混凝土断裂过程声发射试验研究

为研究不同含水率混凝土断裂过程的差异性,将干燥试件浸泡不同时间,使其达到不同含水率,基于声发射技术,对三点弯曲梁的破坏过程进行监测。通过比较声发射信号撞击计数、能量计数和振铃计数等不同发射信号来反映不同含水率对混凝土断裂过程力学性能的影响规律,并结合撞击计数、振铃计数和能量计数捕捉起裂荷载,进一步分析水分对起裂韧度和失稳韧度的影响。试验结果表明,相比于P-CMOD曲线,声发射参数变化能更加直观地分析水分对混凝土断裂过程的影响。随着含水率的增加,起裂前,撞击计数累计值呈现增大趋势,起裂后,声发射参数值、峰值以及累计值均呈现减小趋势;损伤演化起始门槛值随含水率的增大而降低,饱和试件较干燥试件最大下降64%;饱和试件断裂过程区宽度较干燥试件最大增大20.8%;     

纤维增强混凝土断裂过程区试验研究

目的研究纤维增强混凝土的韧性.方法利用激光散斑法对混凝土及纤维增强混凝土切口梁的断裂过程区进行了研究.结果对失稳断裂前微裂纹发展的全过程进行了跟踪测量,并得到了载荷与裂纹尖端张开位移P-dCTO曲线.结论断裂过程区呈不规则狭长带状形,且混凝土中加入纤维后微裂纹区的扩展受到限制,使主裂纹的亚临界扩展长度、临界裂纹尖端张开位移增加,材料韧性增强.     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

Experimental study on tensile failure process of double-K fracture parameters in roller compacted concrete layer

Study on failure of soft stratum of roller compacted concrete （ RCC ） is an important aspect of stability of high RCC dam. Six kinds of specimens with different interfaces were investigated by wedge splitting method. Double-K fracture parameters （initial fracture parameter and unsteady fracture parameter） were calculated by the concrete double-K fracture theory. It is indicated that the approach of construction joint or old joint after RCC final set is the most efficient among the six cases, and its fracture parameter is the largest among them. Its propagation path is sinuous. Its failure surface is scraggly. Bedding plane crack fails at the underside of the concrete surface, bond course or the surface between them for each approach. So disturbance on the underside of the concrete surface should be avoided or decreased at best during RCC construction.     

海水海砂混凝土无尺寸效应拉伸强度与断裂韧度的确定

海水海砂混凝土（seawater sea sand,SSC）在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重要。然而采用传统方法,基于线弹性断裂理论确定的断裂参数,由于未考虑材料非均匀性的影响,不可避免存在尺寸效应。鉴于此,本文利用基于边界效应的非线性断裂理论,考虑材料的非连续性与非均匀性,确定SSC的真实断裂参数。配制最大骨料粒径d_max为10和20 mm的海水海砂混凝土,分别进行高度为100和200 mm的三点弯曲梁试验,初始缝高比为0.1~0.7；并用淡水、河砂等质量替代海水、海砂配制普通混凝土（ordinary Portland cement,OPC）作为对照组进行试验。基于边界效应模型,通过引入混凝土平均骨料粒径,得到了SSC的真实无尺寸效应拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC,进而结合正态分布分析确定两断裂参数的均值以及具有95%保证率的上下限值,并利用得到的拉伸强度成功预测任意尺寸条件下SSC试件的极限荷载。结果表明:相同骨料级配下,与普通混凝土相比,海水海砂混凝土断裂截面上骨料断裂的比例更高,SSC的拉伸强度及断裂韧度高于OPC；随着最大骨料粒径的增大,SSC和OPC骨料断裂的比例均减小,其断裂韧度K_IC均增加,f_t降低。所提模型及相关结果可为海水海砂混凝土实际工程设计提供参考。