高致密增韧水工混凝土的制备及其性能研究

为使所制备的材料具有良好的体积稳定性和抗渗透能力,对基胶凝材料进行微观性能分析,选择性能适宜的化学外加剂进行浆体的流变性能设计。考察了外加剂的分散作用、引气作用、调凝作用和养护制度对浆体填充能力和凝结速率的影响,并采用颗粒堆积算法,调节和优化了浆体的颗粒堆积与流动能力之间的关系。通过掺入微细钢纤维,提高了混凝土的韧性,抑制混凝土的收缩变形。同时,开展系列室内试验对制备的高致密增韧水工混凝土材料进行力学性能、耐久性及体积稳定性研究。试验结果显示:高致密增韧水工混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度分别可达109.66和17.60 MPa。其通电6 h的电通量不超过130 C,28 d碳化深度不超过2 mm,冻融质量损失率不超过0.2%,强度损失率不超过2%,42 d干缩变形量不超过0.17‰。高致密增韧水工混凝土表现出良好的力学性能、优异的耐久性及体积稳定性。     

基于细观颗粒离散元的花岗岩劈拉破损行为研究

由于试件制备简单、试验便于操作,巴西劈裂试验被广泛用于测量岩石的抗拉强度,但试验结果易受细观结构、平台中心角、端部摩擦等因素影响。针对上述问题,本文对花岗岩进行矿物成分鉴定,采用数字图像技术表征试件的真实结构,建立了颗粒离散元的岩石细观力学模型,利用该模型对花岗岩的劈拉试验进行了数值仿真,并通过开展相应的试验论证了模型的可靠性。同时,基于数值模型研究了平台中心角以及加载端部边界效应对花岗岩劈拉破坏的影响。研究表明,随着平台中心角的增大,花岗岩试件中心的拉应力降低,压、拉应力比增大,中心角取20°~30°为宜;此外,端部摩擦效应随着平台中心角的增大而增大,当中心角小于30°时,端部摩擦影响较小,可忽略不计。     

自密实堆石混凝土力学性能的细观仿真与试验研究

本文基于混凝土细观力学模型,将自密实堆石混凝土离散为自密实混凝土、块石及两者交界面3个组分构成的多相介质,建立了数值仿真模型。通过三相介质力学参数的基础性试验,分别取得3个组分的强度与本构关系。为检验模型可靠性进行了多组四点弯梁抗折试验。将细观仿真分析结果与试验进行了验证比较。结果表明,该模型能较好地模拟自密实堆石混凝土抗折试验全过程,得到的力-位移曲线及破坏形态与试验结果表现出良好的一致性。     

叠合式衬砌结构检修工况下极限承载能力试验研究

针对"管片-自密实混凝土-钢管"叠合式衬砌结构在检修工况下极限承载力学行为,开展足尺模型试验研究.试验研究表明:随外部荷载的增加,受损衬砌结构仍发挥三层衬砌联合受力性能.其中,外衬管片成为主要受力构件,自密实混凝土基本不分担内力但可沿径向传递荷载,内衬钢管仍处于弹性状态;结构体系仍具备较大承受外部水土荷载能力.     

龙洞槽砌石拱坝加固方案三维有限元分析

针对龙洞槽砌石拱坝除险加固工程,基于三维有限元法,对比分析了坝体上游侧、下游侧培厚加固方案在基本荷载组合与特殊荷载组合作用下的应力和位移,包括三种典型的粘结工况及配筋工况,并确定合适的加固方案与工程措施。结果表明:基本荷载组合是上游测、下游侧加固方案的控制荷载组合,需在冬季对拱坝采取适当的保温措施,以减少温度降低对拱坝坝体应力变形的影响;两种加固方案均满足规范应力要求,但是上游加固方案在加固效果、施工便捷等方面更具优越性;新老坝体粘结效果对拱坝应力位移具有较大影响;在坝体中上部布设径向配筋,有助于减弱新老坝体粘结强度不足对坝体应力应变的影响。     

混凝土细观力学模型研究:非均质影响

本文在改进的混凝土随机骨料生成技术的基础上,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系描述混凝土细观各相组成--骨料、砂浆与界面的性能,建立了随机骨料数值模型与相应的细观单元参数选取方法;在算法上,通过对比二维与三维有限元隐式和显式解法求解混凝土细观力学问题所需内存及CPU时间,表明基于有限元显式解法可有效地减少内存及机时的耗费.在此基础上,引入细观各相组分力学性能的Weibull概率统计分布以表征材料的非均质性,进行了系统的研究.结果表明,细观各相组分的非均质性对混凝土力学性能具有重要影响,主要表现特征为材料力学性能的离散性与强度差异性.     

自密实堆石混凝土力学性能的细观仿真与试验研究

自密实堆石混凝土作为一种新型复合材料，具有高度的非均质特性。本文基于混凝土细观力学模型，将其离散为自密实混凝土、块石及两者交界面构成的多相介质，建立了研究自密实堆石混凝土力学性能的数值仿真模型。首先，设计并实现了一种确定三相介质力学参数的基础试验，分别取得三组分的强度与本构关系；然后，为检验模型可靠性进行了多组四点弯梁抗折试验；最后将细观仿真分析结果与试验进行了验证比较。结果表明，该模型能较好地模拟自密实堆石混凝土抗折试验的全过程，得到的力-位移曲线及破坏形态与试验结果表现出良好的一致性，为数值仿真预测自密实堆石混凝土力学性能奠定了理论基础。     

岩石单轴压缩端部效应的数值仿真分析

为了研究端部摩擦对岩石强度的影响,基于连续介质力学的方法,采用非线性损伤本构关系,描述岩石材料的力学行为。在此基础上,引入岩石力学性能的Weibull随机概率分布,以表征岩石力学参数的非均质特性与损伤局部化现象,建立了岩石细观力学模型,并对一系列不同摩擦系数下的岩石试件单轴压缩试件进行了数值试验。计算结果表明,在岩石单轴压缩试验中存在着端部效应,端部效应对岩石试件(特别是长度较小)的单轴压缩强度、应力-应变曲线及破裂形态影响显著。因此,为获取真实的岩石力学特性,需有效地控制实验室试验条件,降低端部效应对测量结果的影响。     

珠江三角洲水资源配置工程预应力复合衬砌足尺模型试验关键施工工艺研究

基于珠三角水资源配置工程预应力复合衬砌足尺模型试验,针对此类衬砌结构型式的施工难点,从作业台车研制、内衬混凝土制备与浇筑、预应力实施等方面开展施工工艺研究。总结了预应力复合衬砌足尺模型的施工内容,并结合模型实施过程中的经验,对现有的作业台车提出改进;随后针对预应力复合衬砌的关键施工工艺展开研究,提出了专门的混凝土配合比、配套振捣系统和预应力分级张拉的顺序,以保证内衬预应力混凝土的施工质量。研究成果为预应力复合衬砌结构的现场施工工艺提供借鉴。     

双渐近透射边界下的隧洞-层状地基时域分析

高阶双渐近透射边界发展于改进比例边界有限单元法和连分式解,实现了时域局部化,获得在全频域范围内快速收敛的动力刚度准确解,兼具高精度和效率。本文将该边界推广应用到复杂层状地基弹性波传播问题,并与有限元耦合构建出一种隧洞-层状地基动力响应的时域耦合模型。耦合模型划分为近场与远场,其中,近场采用有限元单元离散,远场采用高阶双渐近透射边界模拟。通过数值算例分析上述耦合模型,结果表明：耦合模型计算结果稳定,与扩展网格解具有良好的一致性,同时兼顾精度与效率,适用于长时间的地震响应时域研究。该模型为研究地震动下隧洞-层状地基相互作用提供新的思路,可进一步用于实际工程中。