承高水压山岭隧道混凝土衬砌渗透损伤机理与模型研究

山岭隧道一般都处于高水压环境中,衬砌损伤特性需要考虑水压渗透作用。采用Weibull统计分布函数,建立混凝土整体初始渗透系数及损伤场变量计算公式;求解外水压力下圆形衬砌内渗透孔隙水压力;在此基础上,建立混凝土圆形衬砌渗流-应力-损伤耦合模型,并通过ABAQUS有限元分析软件进行算例分析,说明承水压山岭圆形混凝土衬砌损伤与渗流及应力之间关系密切。     

地下结构混凝土渗透损伤研究综述

损伤的发展已经有50多年的历史,在损伤的基础上国内外已经有诸多学者开始研究混凝土渗透损伤,但是提出的一些模型和机理仍需进一步完善、论证。渗透会影响混凝土材料的损伤发展,同时混凝土材料的损伤也影响了其渗透性。概要介绍了国内外近年来对于混凝土渗透损伤研究的现状,由较早的裂缝开度对混凝土渗透性能的影响到渗透作用下混凝土渗透性与损伤变量的关系。渗透损伤研究主要是通过实验得到混凝土材料裂缝开度和渗透系数之间的关系,从而进一步得到渗透和损伤之间的关系。     

动荷载-水-冻融共同作用下混凝土宏观裂缝扩展与演变的研究进展

混凝土是土木工程建设的重要材料.由于设计、施工、服役环境及其材料自身等原因,混凝土在投入使用时就存在部分非结构裂缝.工程实践发现,在长期动荷载作用下,混凝土裂缝会在长度、宽度和深度方向出现扩展和演变,而动荷载和环境共同作用将会加快裂缝的扩展,加速混凝土材料的劣化,导致混凝土力学和耐久性能降低,严重影响其结构安全.动荷载的长期作用将导致混凝土裂缝尖端附近的应力场和位移场出现复杂的变化,从而引起应力集中和应变能释放,当裂缝尖端应力强度因子大于材料断裂韧度时,裂缝将发生失稳扩展.动荷载对裂缝中的水产生动水压,动水压作用下水对裂缝内壁产生反复冲刷和溶蚀,导致裂缝内壁的集料和水化产物流失,从而加速了裂缝的扩展.低温冻融过程中,水在裂缝内壁反复结冰溶解,在裂缝内产生了冻胀应力,而动荷载作用使裂缝发生的体积变化增大了冻胀应力,同时冻融对裂缝内壁的集料和水化产物产生了剥蚀作用,加速了混凝土裂缝的扩展.动载-水-冻融共同作用对混凝土宏观裂缝的扩展演化更加复杂,目前尚无系统研究.本文归纳了目前对混凝土宏观裂缝在动载-水-冻融共同作用下扩展演变研究的最新进展,梳理了动荷载作用下水和冻融对裂缝扩展演化的加速机制、裂缝扩展与演化的计算方法和有效预测模型,并提出了该研究方向需要进一步解决的问题,以期为进一步掌握混凝土结构的长期服役性能、完善混凝土结构损伤理论及养护维修技术奠定基础.     

聚丙烯纤维对混凝土损伤渗透特性的影响

为研究损伤开裂后聚丙烯纤维/混凝土(PPF/PC)的渗透特性,通过圆盘劈裂试验预制了不同宽度的裂缝(100~400 μm),比较了PPF掺量对裂缝曲折度的影响。利用自行设计的渗透试验装置对混凝土损伤后的渗透率进行了研究,分析了不同PPF掺量、不同水压力下混凝土的损伤渗透率的变化规律。通过研究发现,加入PPF后,混凝土脆性较低,内部裂缝更易控制,裂缝曲折度相对于PC更高,且与PPF掺量成正比;相同水压力,相同有效裂缝宽度条件下,随着PPF掺量的增加,混凝土损伤渗透率降低,PPF的存在能够有效提高混凝土损伤后的抗渗性能;相同水压力下,相同PPF掺量的混凝土试件损伤渗透率整体上与有效裂缝宽度成正比;不同水压力下,相同PPF掺量的PPF/PC损伤渗透率在同一有效裂缝宽度情况下,随水压力增加而减小;修正后的泊肃叶渗流模型可以更好地评价PPF/PC损伤渗透特性。      

钢纤维混凝土梁压、弯组合作用下的承载力分析

钢纤维混凝土开裂后.钢纤维能在开裂面上提供一定的拉应力.这类似钢筋混凝土中受拉钢筋的作用.与钢筋混凝土不同,钢纤维混凝土开裂面上的拉应力随裂缝宽度的增加而逐渐降低.本文通过四点弯曲试验得到钢纤维混凝土梁开裂截面上钢纤维拉应力与裂缝宽度曲线,然后以此为基础对轴力、弯矩组合作用下的钢纤维混凝土梁的承载能力进行分析,得到钢纤维混凝土梁在轴力和裂缝宽度作用下的抗弯承载力计算公式.最后用得到的计算公式做出钢纤维混凝土梁在极限承载状态下的N-M相关曲线.计算分析表明,钢纤维混凝土梁开裂后,开裂面上的应力重分布会使截面的抗弯力臂增大.从而提高截面的抗弯承载力.并且开裂截面的抗弯能力也随轴压力的增大而有明显提高.这就从理论上解释了受压钢纤维梁开裂后的抗弯承载力不但没有降低,反而有所提高的现象.     

承水压混凝土结构损伤机理与渗透特性研究综述

研究承水压混凝土结构的损伤与渗透问题有利于地下工程结构的安全运营,譬如山岭隧道、城市地下结构等。从构成材料损伤理论框架的三个主要方面(场变量的定义、损伤演化方程、本构行为关系)系统地阐述混凝土的损伤机理,并宏细观地分析了混凝土损伤的基本特性。分析了水压下的混凝土渗透行为特性,并针对渗透对混凝土结构的破坏机理进行阐述。剖析混凝土渗流与混凝土损伤之间的耦合机理,建立了渗流-损伤耦合模型。     

水工混凝土弥散型裂缝数值模型中开裂判据的研究

重大水利工程中,混凝土结构多处于高水压环境,坝体或多或少存在着裂缝,然而大部分开裂的混凝土坝仍能够安全运行,从而引申出是否可以允许混凝土结构出现裂缝,多大的裂缝才不至于引起破坏,以及用怎样一个合理的指标来对混凝土开裂程度进行描述评判的问题。该文以等效塑性应变表征混凝土弥散型裂缝模型数值模拟中的开裂破坏,通过混凝土单轴拉伸数值模拟,并根据试验资料及相关文献,建立了等效塑性应变与主拉应变、裂缝宽度之间的关系,得到对应于“有害裂缝”的等效塑性应变值。将方法和成果运用到混凝土重力坝的开裂研究中,具有较好的实际工程意义。     

预应力钢绞线锈胀及混凝土开裂预测

针对钢绞线锈蚀导致混凝土开裂现象,开展了不同应力状态下混凝土的锈胀开裂试验,基于红外和热重分析研究了预应力钢绞线锈蚀产物的膨胀率,分析了预应力对保护层临界开裂时间和裂缝宽度的影响,综合考虑预应力、铁锈膨胀率和混凝土开裂损伤等因素,建立了开裂初始和发展全过程的锈胀裂缝预测模型,并通过试验结果进行了验证。结果表明:预应力会加速混凝土的锈胀开裂,在钢绞线抗拉强度75%的预应力水平下,保护层初始开裂时间降低了22%,裂缝扩展速率增加了9%;建立的模型具有较好的精度,可以合理地预测预应力混凝土的锈胀开裂。     

钢纤维混凝土带裂状态下抗弯承载力的计算方法

在混凝土中加入钢纤维,可使开裂后的混凝土仍能在开裂面传递拉应力,但钢纤维所传递的拉应力随裂缝宽度的增加而发生变化.因此以前认为钢纤维混凝土抗拉强度与裂缝宽度无关的设计方法,并未反映钢纤维混凝土的真实受力特性.本文通过四点弯曲试验,得到荷载与裂缝张开位移的关系.然后用受力平衡的方法,反算出钢纤维混凝土开裂后拉应力与裂缝宽度的关系,即拉伸软化曲线.通过分析发现,典型的钢纤维混凝土拉伸软化曲线,可以用其四个关键点的直线段描述.并根据实验数据,给出各段直线的确定方法.最后根据裂缝宽度和拉伸软化曲线,可以确定在指定裂缝宽度下,钢纤维混凝土的抗弯承载力.     

纤维对混凝土裂缝宽度、曲折度及渗透性的影响

为研究不同纤维（钢纤维（SF）、聚丙烯长纤维（Macro-PP）、聚丙烯短纤维（Micro-PP））对荷载作用下带裂缝混凝土渗透性能的影响,通过劈裂试验引入不同宽度的结构裂缝（50~200 μm）,比较不同纤维对卸载后混凝土裂缝宽度及曲折度的影响。利用自主研发的渗透装置,分析了不同纤维类型、掺量及混杂方式对荷载作用下不同裂缝宽度混凝土渗透性的影响。研究发现:单掺55 kg/m3 SF比25 kg/m3渗透系数降低95.7%。与单掺SF相比,SF和Macro-PP的掺入具有正混杂效应;Micro-PP与SF混杂体系中渗透系数基本无变化,研究表明Micro-PP对结构裂缝间桥接作用甚微,对渗透性的作用不明显。SF和Macro-PP可有效限制裂缝的扩展,增大表面曲折度,降低开裂后混凝土的渗透性。