碾压混凝土工拱坝诱导缝断裂特性研究

为了防止碾压混凝土坝出现无规则裂缝，通常采用在碾压混凝土坝体特别是在碾压混凝土拱坝的内部设置诱导缝，通过对带有穿透形预留缝的碾压混凝土试件和内含椭圆形预留缝、内含矩形预留缝的碾压混凝土试件的轴拉试验和分析得出了关于内含非穿透椭圆形预留缝碾压混凝土试件和内含非穿透矩形预留缝碾压混凝土试件的应力强度因子的计算公式并进行了修正，取得了较好的结果。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

混凝土单轴压缩破坏过程的三维细观数值模拟

从细观力学的角度出发,将混凝土视为由骨料、砂浆及二者之间的界面所组成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法,产生骨料在试件中的随机位置,建立了混凝土圆柱体试件三维数值模型。进行单元划分,对试件中骨料、砂浆和界面单元的材料号进行自动识别及赋值。通过三个计算方案研究了混凝土单轴压缩下的力学性能及破坏过程,模拟了混凝土材料从裂纹的萌生、扩展、贯通直到宏观裂纹产生导致破坏的过程。结果表明,该数值模型及计算方法能够较好地反映混凝土在单轴荷载作用下的力学特性。     

混凝土细观损伤破坏过程的数值模拟

在细观层次上,把混凝土看作是由水泥砂浆、骨料及二者之间的界面组成的复合材料,应用渐变网格剖分方法对随机投放的骨料、界面和水泥砂浆进行网格剖分,删除多余节点,重新排列节点顺序,生成三维随机骨料分布的细观有限元数值模型.利用该模型分别进行了混凝土的单轴拉伸、压缩、劈拉和梁弯曲等数值试验,分析了不同界面参数、不同砂浆损伤参数、不同加载形式对混凝土试件的变形特点、破坏形式以及承载能力的影响,探讨了混凝土宏观力学性能(如应变软化和剪胀等性质)的细观机制.     

三级配混凝土单轴破坏的细观数值模拟

将混凝土看成是由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,采用非线性有限元软件Marc对东江拱坝三级配混凝土试件单轴受拉、单轴受压破坏的全过程进行数值模拟．按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用蒙特卡罗法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型．研究中,单轴受拉时采用最大拉应力准则,并考虑了材料的软化;单轴受压时采用线性莫尔-库伦准则．结果表明,混凝土的力学性能与其内部的细观结构组成密切相关,材料的宏观破坏是细观结构破坏累积的结果,无论是受拉时的开裂还是受压时的屈服,几乎都首先发生在界面上．     

骨料形状对混凝土拉伸强度的影响

运用Monte-Carlo方法模拟产生了由骨料、水泥砂浆基体和两者之间的胶结带组成的三相复合材料混凝土试件,采用各向同性的Mazars损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化过程,利用有限元方法分别进行了混凝土二、三、四级配圆形、多边形骨料试件的单轴拉伸数值模拟.试验结果表明:同一级配任意多边形骨料试件的极限承载力总体上要大于圆形骨料试件的承载能力;二、三、四级配混凝土试件强度依次递减;在应力-应变曲线的软化阶段,圆形骨料较多边形骨料试件软化曲线平缓;多边形骨料混凝土试件的脆性指数较圆形骨料混凝土试件的脆性指数高.     

基于细观尺度的混凝土绝热温升预测

从混凝土的热学性能和细观组成出发,建立混凝土绝热温升和水泥水化程度的关系,将绝热温升表示为水泥水化程度的函数;假定混凝土为随机骨料和水泥净浆组成的二相复合材料,取单元尺寸为100 mm×100 mm的混凝土试件,并将试件剖分为1 mm×1 mm的有限元网格,考虑单个骨料和多个随机骨料2种投放方式,从细观尺度数值模拟混凝土的绝热温升过程,研究混凝土细观结构的温度分布.结果表明,文中给出的模型可较准确地预测混凝土绝热温升;在绝热条件下,由于混凝土细观结构中骨料和砂浆的热学和力学性质差异,试件内部仍会产生温度梯度和温度应力.     

混凝土应变软化与局部化的数值模拟

在细观层次上将混凝土看作是一种由粗骨料、砂浆和它们间的粘结带组成的三相复合材料,根据蒙特卡罗随机抽样原理,在计算机上随机生成了碎石骨料的混凝土随机骨料结构,建立了正交各向异性损伤本构方程,提出了适合细观有限元分析的强度与韧性综合破坏准则以及优先开裂原理,利用中模型和方法,数值模拟了混凝土单轴受拉试件的细观破坏过程,逼真地阐明了名的应变软化与局部化现象,说明了混凝土细观有限元分析是一种研究混凝土基本特性的行之有效的数值分析方法。     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.     

混凝土细观力学性质对宏观断裂过程影响的数值试验

从混凝土的细观结构出发，假定混凝土是由砂浆基质、骨料及其它们之间的粘结带组成的三相复合材料，进行了混凝土中各个组成相对于宏观试样断裂特征及其强度影响的数值试验。从数值结果可以看出混凝土中砂浆基质与骨料之间的粘结带对于混凝土的宏观力学性能有较大的影响，普通混凝土在单轴载荷作用下破裂模式的数值试验结果也进一步证实了粘结带在混凝土断裂中所起的重要作用。     

基于LDPM模型的胶凝砂砾石料细观力学性能

通过室内单轴抗压强度试验,探究不同水泥掺量对胶凝砂砾石料力学性能的影响。结果表明:随着水泥掺量的提高,胶凝砂砾石料弹性模量及抗压强度逐渐增大,其力学性能由类似于堆石料逐渐演变为类似于碾压混凝土。为了研究材料的破坏机理,采用细观格构离散粒子模型(lattice discrete particle model,LDPM),建立材料细观模型,对胶凝砂砾石料单轴受压状态下细观裂缝扩展情况进行模拟,数值模拟得到的应力-应变曲线与实验数据相吻合;通过裂缝开度云图可以看出,在弹性阶段几乎没有裂缝产生,直至轴向应力达到抗压强度值后,裂缝逐渐萌生、扩展,最终形成平行于压力方向的多条裂纹,导致试件破坏。裂缝主要延砂浆与骨料之间的界面层扩展,骨料基本未破碎。通过LDPM模型可以有效模拟胶凝砂砾石料细观裂缝的形成与发展机理。     

刚玉-莫来石推板高温行为和显微结构

采用三点弯曲法对两种刚玉-莫来石推板产品的高温断裂强度和1400℃下的高温抗弯蠕变进行了对比研究.结果表明,进口推板材料具有较高的高温断裂强度和较好的高温抗弯蠕变性能,其结构特点是以红柱石颗粒为骨料,基质中形成良好的薄膜状莫来石结合刚玉的结构,玻璃相含量极低.国产推板尽管基质中莫来石已形成网络结构,但内部存在少量玻璃相,使得高温断裂强度较低,高温抗弯蠕变性较差.莫来石形态和玻璃相的存在是影响材料高温性能的决定因素.     

高碾压混凝土坝取消骨料预冷可行性研究

高碾压混凝土坝一般采用大仓面薄层碾压,高温期预冷混凝土运输过程中冷量损失大、仓面摊铺及碾压过程中温度倒灌严重,骨料预冷效率低．提出在合理通水的前提下取消高碾压混凝土坝骨料预冷的温控理念;结合沙沱工程,从温控技术可行性及数值计算结果两方面分析论证了高碾压混凝土坝取消骨料预冷的可行性,并对取消骨料预冷条件下的温控措施提出几点建议．     

Determination of Concrete Fracture Parameters from a Three-Point Bending Test

The mechanical behavior within the processing zone of concrete material can be well described by the crack bridging performance. The material properties related to the crack bridging are cracking strength, tensile strength, and the stress-crack width relationship. In general, the cracking strength is lower than the tensile strength of concrete. Crack propagation is governed by the cracking strength. This paper presents a method to determine the above material parameters from a three-point bending test. In the experiment, a pre-notched beam is used. Corresponding values of load, crack mouth opening displacement, and load point displacement are simultaneously recorded. From experimentally determined load-crack mouth opening displacement curves, the above-mentioned crack bridging parameters are deduced by a numerical procedure. The method can be used to evaluate the influence of coarse aggregate and cementitious matrix strength on the stress-crack width relationship, tensile strength, and fracture energy of concrete.     

高粉煤灰掺量碾压混凝土的性能研究

采用常规的实验方法对高粉煤灰掺量碾压混凝土的强度、变形性能以及耐久性进行了研究.结果表明,保持混凝土水泥用量和用水量基本相同的情况下,增大粉煤灰掺量,碾压混凝土的力学性能、变形性能和耐久性均得到了显著的改善.保持碾压混凝土的VC值、粉煤灰掺量相同的情况下,增大粗骨料最大粒径,亦可以改善混凝土的性能.     

混凝土梁弯拉断裂过程的细观分析

将混凝土看成是由骨料、砂浆和界面过渡层组成的三相复合材料.结合部分力学参数试验,采用非线性有限元对混凝土梁受弯拉破坏过程进行了数值模拟.按照试件的实际配比,由Walraven公式计算出各种粒径区间骨料的平面等效面积,然后由随机骨料模型生成混凝土数值试件.混凝土细观结构的破坏由最大拉应力准则判别,对于软化段,采用了应力张开位移模型以缓解计算结果的网格依赖性.计算结果表明:界面厚度取0.2～0.8 mm,对试件的荷载位移全曲线的影响不大;任意形状骨料与圆形骨料的计算结果相近;界面层断裂能对梁宏观荷载位移曲线的形状影响较大.     

混凝土细观数值试验的随机损伤本构模型

混凝土在细观尺度下是由粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料。目前考虑细观尺度上这三相之间力学性能的不同,已经进行了大量的细观数值试验研究。然而混凝土为典型的多尺度材料,在细观尺度下混凝土各相自身也是非均质的。鉴于此,提出了细观尺度下代表性体积单元(RVE)的随机损伤本构模型,并编制了相应的有限元程序。利用编制的程序,进行了随机骨料模型单轴拉伸和压缩数值试验;并进行了双骨料试件单轴拉伸数值试验。结果表明,该模型虽然结构简单,但能较好地反映混凝土的主要宏观力学行为和细观损伤的产生和演化发展。最后,通过参数敏感性分析,阐明了不同模型参数对混凝土宏观力学特性的影响。该模型可为混凝土细观数值试验研究提供支撑。     

钢渣沥青混凝土耐久性室内试验研究

钢渣体积安定性不良且变异性大,当钢渣作为集料用于沥青混凝土时,存在体积稳定性不足和耐久性不明风险,长期服役过程中可产生体积膨胀甚至开裂,严重制约了其在道路建筑领域中的大规模应用。通过游离氧化钙含量、浸水膨胀率及集料压蒸试验检测了不同产地钢渣的体积稳定性,提出了钢渣集料体积安定性快速评价方法与控制指标。利用马歇尔试件和圆形切片试件的长期高温浸水试验分析了钢渣沥青混合料的体积稳定性能,并采用长期浸水后间接拉伸强度、回弹模量、疲劳寿命及车辙永久变形综合评价钢渣沥青混凝土力学性能的耐久性。结果表明：钢渣集料压蒸试验条件较为苛刻,可快速检测体积安定性,其胀裂粉化率宜不大于5%。在长期高温浸水条件下,沥青膜无法阻止水分侵入到钢渣集料内部,导致其沥青混凝土产生体积膨胀和性能衰减。钢渣沥青混凝土圆形切片试件能很好地反映出鼓包、裂纹的产生与演化过程。通过玄武岩沥青混凝土作为基准进行对比分析,提出了基于力学性能的钢渣沥青混凝土耐久性控制基准。     

混凝土内裂纹沿水泥石/骨料界面或穿透骨料发展的条件

采用有限元方法,通过计算能量释放率并与材料断裂韧性对比,对弯曲荷载下骨料/水泥石界面区域裂纹走向进行分析判定。研究了水泥石、骨料性质对裂纹走向的影响。计算结果表明,对于给定骨料的混凝土,随着混凝土抗压强度(σ_c)的增大,弯曲型裂纹和穿透性裂纹两种裂纹走向的能量释放率之比呈逐渐减小趋势,而界面与骨科的断裂韧性之比则逐渐增大。两曲线的交点为的临界点,对应的混凝土标准抗压强度称为临界抗压强度σ_(cr)。当σ_c<σ_(cr)时,裂纹将沿水泥石与骨料的分界面发展,形成弯曲型裂纹;当σ_c>σ_(cr)时,裂纹将穿透骨料发展,形成穿透型裂纹。骨料种类对于σ_(cr)值的影响较大,花岗岩骨料为80 MPa左右,卵石骨料为72MPa,石灰石骨料为58MPa。