不同温度条件下水工沥青混凝土动态抗压特性研究

为研究水工沥青混凝土动态力学性能，对水工沥青混凝土在不同温度条件下进行了动态抗压试验。试验结果表明：水工沥青混凝土的破坏模式具有显著的应变率效应，应变速率为10-5/s和10-4/s时，破坏模式主要为黏结破坏；应变速率为10-3/s和10-2/s时，破坏模式主要为黏结破坏和骨料开裂。温度对试件应力应变特性有显著影响，当应变速率不小于10-4/s时，-5℃和0℃时试件呈现应变软化现象；5℃时应变软化逐渐向应变硬化转变。当温度恒定时，水工沥青混凝土的吸能能力、弹性模量、抗压强度随应变速率增加而增加。对弹性模量和抗压强度的动态增强因子进行分析，给出了水工沥青混凝土在不同温度条件下弹性模量动态增强因子随应变速率变化的经验公式，非线性单轴动态强度S准则较好地反映了水工沥青混凝土在地震响应速率下动态抗压强度的增长特性。     

水工沥青混凝土直接拉伸力学性能试验研究北大核心CSCD

水工沥青混凝土的拉伸力学性能对深入研究高土石坝防渗体结构拉裂破坏等问题至关重要。针对现有水工沥青混凝土直接拉伸试验存在的问题,本文研发了可温控的直接拉伸试验装置,在-30~15℃环境中开展了直接拉伸力学性能试验研究;基于Mohr-Coulomb准则,分析了黏聚力和内摩擦角随温度变化的规律。试验结果表明:当温度小于0℃时,拉应力与应变大致呈线性关系,试件达到峰值应力随即断裂;当温度大于0℃时,试件达到峰值应力后经历了一定程度的塑性变形而后断裂,并随着温度的升高,塑性变形的范围越大。当温度由-30℃升高至15℃时,拉伸强度和黏聚力随温度的升高先增大后减小,温度为-20℃时,拉伸强度和黏聚力最大;拉伸模量随温度的升高而降低;峰值应变随温度的升高而增大;内摩擦角随温度的升高先减小后增大,温度为0℃时,内摩擦角最小;在拉伸荷载作用下,试件断裂面中骨料断裂的比例随温度的升高而减小。此外,本文提出的经验公式较好反映了拉伸强度、拉伸模量、峰值应变、黏聚力及内摩擦角随温度变化的规律,与试验结果吻合较好。     

基于声发射技术的含初始缺陷混凝土破坏分析

初始缺陷对混凝土的变形和破坏特性有着重要的影响。本文对含有不同尺寸、不同倾斜角度初始缺陷的混凝土试件进行单轴压缩试验,并基于声发射技术分析混凝土的变形和破坏特性。试验结果表明：（1）与完整试件相比,含有初始缺陷的混凝土试件对应的峰值应力和峰值应变均减小,应力应变曲线在加载初期表现出较为明显的上凹趋势,卸载段曲线更为平缓,但是残余强度的变化没有明显规律。（2）含有初始缺陷的混凝土试件破坏过程可分为4个阶段：裂缝萌生、扩展、聚结、贯穿破坏。（3）当初始缺陷的倾斜角度为0°和90°时,混凝土试件主要以拉伸破坏为主,当初始缺陷的角度为30°、45°和60°时,混凝土试件沿着初始缺陷方向发生剪切破坏。     

再生骨料水工沥青混凝土拉伸性能试验研究

为更大化地提高再生骨料在工程中的利用效率及工程效益，本文将再生骨料应用于水工沥青混凝土。针对水工沥青混凝土防渗体在工作环境中可能出现的结构拉裂破坏等问题，在温度为-10～10℃及应变速率为10-5～10-2 s-1条件下对再生骨料水工沥青混凝土拉伸性能展开试验研究。结果表明：随着温度的降低或应变速率的增加，试样的拉伸强度、拉伸模量增加，峰值应变减少，试样破坏截面中骨料断裂比例增加。基于试验结果采用对数型动态增强因子定量描述了应变率对拉伸力学参数的影响规律。与相同工况下天然骨料水工沥青混凝土拉伸性能对比，分析了两者拉伸性能的异同。结果表明再生骨料水工沥青混凝土各项拉伸力学性能较天然骨料水工沥青混凝土虽有一定程度的下降但其各项性能依旧满足规范设计要求。     

压剪作用下水工沥青混凝土动态力学性能研究

研究水工沥青混凝土在压剪作用下的动态力学性能对保障沥青混凝土心墙坝安全运行具有重要意义。本文采用自主研发的压剪试验装置，通过试验研究水工沥青混凝土不同温度(5℃、15℃)和不同法向应力(1 MPa、2 MPa、3 MPa)下，在不同剪切速率(0.0005 s^-1、0.001 s^-1、0.005 s^-1、0.01 s^-1)作用时的动态力学性能。结果表明：各试件均呈现明显的斜缝剪切破坏特征，不同法向应力和剪切速率对试件的破坏模式及剪切应力-应变曲线影响程度不同。随着法向应力和剪切速率的增大，剪切强度和剪切模量相应增大。峰值应变随法向应力的减小而增大，但随剪切速率的增大而增大。最后，采用Mohr-Coulomb准则得到了水工沥青混凝土黏聚力c和内摩擦角φ随剪切速率的变化规律。     

当前沥青混凝土防渗土石坝建设中若干问题的探讨

结合室内试验研究资料、大坝原型监测资料和大坝变形应力计算成果,对当前沥青混凝土防渗土石坝建设当中存在的若干问题进行研究.文中分析了水工沥青混凝土防渗材料试件成型方法、加载速率和温度等合理的试验条件;指出现有土石坝设计规范中关于沥青混凝土心墙的静止侧压力系数K.规定存在的问题;结合沥青混凝土材料的力学特性,分析心墙拱效应与大坝分区设计的相关关系,并对其质量控制标准的不足进行了探讨,提出了建议.     

碾压混凝土单轴动态力学性能研究

考虑到地震作用下大体积碾压混凝土结构响应的特点,对两种级配的碾压混凝土进行了单向应力状态下的动态拉、压试验,系统研究了应变速率对碾压混凝土单轴强度及变形特性的影响,分析了在不同应变速率下强度、峰值应变、极限应变以及弹性模量等特性的变化规律及其发生机理。结合碾压混凝土动态强度增量、弹性模量、峰值应变等与应变率之间的拟合公式,给出了描述碾压混凝土在不同应变速率下应力-应变全曲线的表达式,并对碾压混凝土的动态破坏过程进行了探讨,为开展碾压混凝土高坝的动力反应分析打下了基础。     

不同高温循环次数后大理岩单轴压缩力学试验研究北大核心CSCD

采用岩石单轴压缩试验分别对经历100℃、300℃、450℃、600℃四种温度与1次、10次、20次不同温度循环次数后的的四川锦屏大理岩试样的力学性质进行了研究。试验结果表明:1100℃下高温循环次数对应力应变曲线形状的影响不大,当温度达到450℃以上时,高温循环次数对曲线曲率等参数的影响较大;2随着温度的升高和循环次数的增加,试样破坏形式逐渐由典型的脆性破坏向脆塑性破坏转变;3当温度达到600℃时,随循环次数增加,峰值应力、弹性模量表现出明显的降低趋势,峰值应变表现出明显的升高趋势。     

不同高温循环次数后大理岩单轴压缩力学试验研究

采用岩石单轴压缩试验分别对经历100℃、300℃、450℃、600℃四种温度与1次、10次、20次不同温度循环次数后的的四川锦屏大理岩试样的力学性质进行了研究。试验结果表明:1100℃下高温循环次数对应力应变曲线形状的影响不大,当温度达到450℃以上时,高温循环次数对曲线曲率等参数的影响较大;2随着温度的升高和循环次数的增加,试样破坏形式逐渐由典型的脆性破坏向脆塑性破坏转变;3当温度达到600℃时,随循环次数增加,峰值应力、弹性模量表现出明显的降低趋势,峰值应变表现出明显的升高趋势。     

混凝土材料破坏过程的二维离散元模拟

采用数值方法研究混凝土材料的破坏过程.用颗粒流程序PFC2D对混凝土试件单轴压缩破坏全过程进行模拟.采用PFC2D颗粒流程序中接触本构模型,并选择平行粘结模型用以模拟混凝土材料的强度特征.分析了数值试验中的应力一应变曲线以及体积应变的变化规律,讨论了应力.应变曲线下降段以及两倍峰值应变时试件的破坏特征,详细分析了颗粒尺寸、颗粒数目等细观参数对模拟结果的影响,从而为确定数值模型合理的颗粒数目和尺寸提供依据.同时把数值模拟结果与试验结果进行对比分析.结果表明,基于离散元法的混凝土材料破坏模拟具有显著的优点,可以真实地模拟裂纹的生成、扩展以及破坏的全过程.     

沥青混凝土心墙坝应力变形及水力劈裂研究

采用三维非线性有限元法对新疆某沥青混凝土心墙堆石坝进行了应力变形分析,计算中采用邓肯E-B模型作为坝体及心墙的本构模型,对大坝施工和蓄水过程进行了模拟,并采用线弹性断裂力学方法对沥青混凝土心墙是否会发生水力劈裂破坏进行了判定分析。计算结果表明,坝体和心墙应力变形均处在合理范围之内,但心墙中存在一定的拱效应,需要研究其发生水力劈裂的风险。基于线弹性断裂力学理论建立了沥青混凝土心墙水力劈裂判定准则,并在可能开裂处预设裂纹进行水力劈裂判定,结果表明,该裂纹尚不能扩展,沥青混凝土心墙不会发生水力劈裂破坏。     

土石坝沥青防渗技术的应用和发展

本文介绍了水工沥青混凝土用作土石坝面板和心墙防渗体的历史、结构形式、施工方法和成就。回顾我国水工沥青混凝土应用30多年的经验,就历史上和目前在水工沥青的发展方面存在的问题与疑虑进行探讨,旨在推动水工沥青混凝土在土石坝防渗体建设中的健康发展。     

PCCP超载破坏试验与破坏机理分析

通过PCCP的超载破坏试验,分析PCCP的外载承载能力和破坏形态。划分PCCP混凝土的受压区域和受拉区域,给出PCCP的破坏特征。将PCCP承受外载直至破坏分为四个阶段：1）弹性阶段;2）混凝土开裂阶段;3）钢丝屈服阶段;4）破坏阶段。通过试验得到的PCCP各个部分的应力应变曲线,分析PCCP各部位在相应阶段的受力状态,最后分析PCCP承受超载的破坏形态。     

混凝土抗拉强度横劈试验法的拓展研究与应用

在已有成果的基础上研究分析了圆柱体横劈法测定混凝土抗拉强度的合理性和可靠性。模型分析表明,压刀圆心角在60°~135°范围内,圆柱体表面受到的荷载分布由近似线型向抛物线型过渡;圆心角越大,横劈面上应力分布越合理。试验研究显示,混凝土圆柱体高径比达到0.7可获得稳定可靠的横劈强度试验结果;压刀圆心角对横劈测强的敏感性影响较小,而压刀面宽度对横劈测强的敏感性影响大;5-90压具是横劈法测强的最优压具。经理论推导分析给出了横劈法测强的抗拉强度计算公式,为横劈法测定混凝土的抗拉强度奠定了基础。采用横劈法研究了实际工程中碳化混凝土、部分碳化区及未碳化混凝土强度的分布规律,显示了横劈法在混凝土抗拉强度测试方面的独特技术优势。     

沥青混凝土心墙与过渡层变形协调性及防渗的影响研究

采用三维有限元法对云南省某沥青混凝土心墙均质坝进行了心墙与两侧过渡层变形协调性的数值模拟分析,研究心墙的厚度对坝体防渗影响的变化规律。计算中坝体和心墙的本构模型采用邓肯张E-B模型,对不同厚度的心墙分别进行了模拟计算,并对比其相互之间的变形协调规律及心墙的防渗效果。计算结果显示,心墙厚度在0.3 m、0.4 m和0.5 m条件下,大部分水平位移满足变形协调性,顺河向水平位移值随着心墙厚度的增加而变大,拱效应越明显,说明对心墙水平位移越不利。心墙与过渡层的沉降随着高程的增加而变大,并且随着心墙厚度的增加,沉降的最大值随之减小。相对两侧的过渡层而言,心墙上部沉降小,底部沉降大,整个心墙在高度方向上有"被拉伸"的现象,这就为心墙产生拱效应提供了必要条件。心墙以受压应力为主,通过验算,并未发生水力劈裂破坏。坝体加入沥青混凝土心墙后,浸润线明显降低,防渗效果好,并且渗流量随着心墙厚度的增加而减小。     

单向受拉状态下钢纤维混凝土的二次峰值强度

不同于普通混凝土在单向受拉实验中的仅有唯一峰值强度,在大量钢纤维混凝土拉伸实验的应力应变曲线中均出现了两次峰值强度现象。本文采用黏结滑移模型考虑纤维在混凝土开裂面上的桥接作用,确定了钢纤维轴向应力与裂缝宽度之间的关系。钢纤维混凝土开裂后,将基体的软化模量与纤维增强作用的切线模量之和,作为判断第二峰值的依据。该值始终为非负时,钢纤维混凝土的应力-应变曲线具有唯一峰值强度;否则,应力-应变曲线中将具有二次峰值强度,并提出了钢纤维混凝土峰值强度的三种可能情况。建立了有限元模型以模拟钢纤维混凝土的拉伸试验,进一步研究了钢纤维掺量、长径比对混凝土开裂后力学性能的影响。并提出了钢纤维混凝土的抗拉强度的计算公式,可以有效地预测钢纤维混凝土的抗拉强度。     

塑性混凝土弯拉性能

本文基于塑性混凝土弯拉试验,系统研究纤维类型和掺量、硅灰和粉煤灰掺量等对塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和韧性的影响。研究结果表明,掺入塑性混凝土中的纤维、粉煤灰和硅灰起到了增强和增韧作用,使塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和弯拉荷载-挠度曲线的下包面积均有不同程度的增加。随纤维掺量的增加,塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和弯拉荷载-挠度曲线的下包面积均呈现以纤维掺量为0.9 kg/m3时达到最大的先增加后减小的趋势,峰值割线模量有不同程度降低,纤维掺量0.9 kg/m3时峰值割线模量的降幅最大;随粉煤灰掺量在一定范围内的增大,塑性混凝土弯拉强度、峰值挠度和弯拉荷载-挠度曲线的下包面积均有不同程度提高,峰值割线模量有所降低;随硅灰掺量的增加,塑性混凝土弯拉强度显著增大,峰值挠度、弯拉荷载-挠度曲线的下包面积以及峰值割线模量均有不同程度的增加,但荷载-挠度曲线的捏缩现象明显。在此基础上,建立了塑性混凝土弯拉荷载-挠度曲线和韧性的计算公式。