粗骨料粒径对混凝土动态压缩行为的影响研究

粗骨料作为混凝土材料组成最主要的部分,对混凝土力学性能和破坏模式有着很重要的影响。为了研究粗骨料平均粒径对混凝土动态力学性能的影响规律,针对不同平均粗骨料平均粒径（6、12、24 mm）的混凝土和砂浆材料进行了一系列SHPB试验,得到了不同应变率下各试件的应力-应变曲线,并对每种材料的动态增长因子（dynamic increase factor,DIF）与应变率的对数进行了线性拟合。结果表明:砂浆和混凝土材料的抗压强度具有明显的应变率效应,其动态抗压强度随着应变率的增加而逐渐增大,应力-应变曲线呈现相似的变化趋势;在相同的动态应变率条件下,平均粗骨料粒径为12 mm的混凝土的动态抗压强度最大,这与准静态条件下砂浆抗压强度最大截然不同;不同粗骨料粒径混凝土材料的应变率强化系数均大于砂浆材料,且随着粗骨料无量纲尺寸的增大,混凝土材料的应变率强化因子呈现先增大后减小的趋势。     

爆炸加载下混凝土表面的裂纹扩展

为深入研究内爆加载下岩土类材料的破坏机理,提出了一种新的爆炸裂纹检测算法,采用数字图像相关方法测量表面位移场和应变场,建立了裂纹扩展和扩张模型,并通过混凝土内爆试验观测裂纹扩展过程,研究了裂纹长度扩展与宽度扩张规律。结果表明,裂纹长度扩展是应力波和爆生气体共同作用的结果,裂纹最大扩展速度为225.95 m/s,平均速度为122.27 m/s,裂纹总长159.92 mm,长度扩展止于1.75 ms;裂纹的张开由气体主导,最大宽度1.59 mm,作用时间长达4.5 ms;拉应变集中区先于裂纹出现,其形状决定了裂纹的走向和趋势,爆炸加载下断裂过程区长度为骨料粒径的8～9倍。

     

混凝土的断裂参数及断裂过程区

由于混凝土断裂破坏时，裂尖具有微裂缝区及主缝的亚临界扩展这一特征，采用实验室小尺寸试件和线弹性断裂力学确定的断裂参数，往往有明显的尺寸效应，即ｋＩＣ随试件的尺寸的增大而增大，净截面名义应力随试件尺寸的增大而减小。     

基于扩展有限元的地质聚合物混凝土断裂过程研究

扩展有限元法是基于常规有限元框架分析裂纹等不连续力学问题的一种有效数值方法,在常规的有限元位移表达式中,增加了能够反映位移不连续性的跳跃函数和渐进缝尖位移场函数来对不连续结构附近的节点自由度进行局部加强。本文介绍了扩展有限元法及粘聚力模型的基本原理,给出了基于扩展有限元法的地质聚合物混凝土断裂过程分析方法。分别采用四种不同的软化曲线对I型缺口地质聚合物混凝土梁从裂纹萌生、扩展直至断裂破坏的全过程进行了模拟,并基于双K断裂准则分析了其断裂韧性。结果表明,Petersson模型与试验结果吻合较好,最后基于模拟结果进一步揭示了断裂过程区的演化过程。     

基于临界距离点法的混凝土Ⅰ型断裂韧度的预测

混凝土的断裂韧度是极为重要的断裂力学材料参数,本文利用临界距离理论(TCD)中的点法和混凝土标准断裂梁试样裂缝尖端应力场的近似解,提出了一种对混凝土断裂问题按临界距离的点法进行分析的方法.基于已有文献的试验材料及其实验结果,分析了这种断裂研究分析方法的可行性.将临界距离点法与双K断裂准则应用于几何相似的混凝土梁的断裂韧性和断裂过程区分析,验证了TCD点法的可靠性.实验表明:临界距离理论的点法能够获得比双K断裂准则相对安全的失稳断裂韧度,利用临界距离法还可得到相应断裂过程区长度的极限估算值.     

大体积混凝土等效裂纹断裂模型研究

根据大比尺混凝土紧凑拉伸与楔入劈拉试验成果,将裂纹在稳定扩展中断裂有程区应力分布与相应的变形（张开度ω）联系起来,通过“归一化”处理,得到了大体积混凝土断裂过程区长度的解析表达式,建立了大体积混凝土Ⅰ型断裂破坏的等效裂纹断裂模型。     

不同骨料混凝土剪切断裂试验及数值分析

利用四点剪切加载的试验方法对不同骨料混凝土的双边切口试件进行了详细的试验研究。研究表明骨料不同的混凝土试件,其宏观断裂行为存在很大的不同,并且P-Δu曲线呈现出较大的差异,从而为进一步研究混凝土的断裂机理提供了参考。本文在试验研究基础上,建立了与试验模型相对应的三维有限元模型,利用有限元工程分析软件,对混凝土四点剪切的断裂力学行为进行了分析。结果表明,由于混凝土材料本身力学性能的特殊性-其抗拉强度较其抗压抗剪强度要低得多,所以裂纹尖端处的应力场分布状态是导致混凝土纯剪加载下的张拉破坏和剪切破坏的主要原因。     

基于数字图像相关技术的轻骨料混凝土早龄期细观收缩实验研究

利用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)技术,对早龄期轻骨料混凝土(Lightweight Aggregate Concrete, LWAC)在细观层面上的收缩现象开展实验研究,以探索其早龄期的收缩变形规律。具体实验方法为,在3种不同的水灰比条件下,分别比较骨料是否预湿对收缩变形的影响;使用DIC技术对LWAC的收缩变形进行观测,获得LWAC表面早龄期全场应变的演变过程。结果表明,预湿处理能够对轻骨料产生内养护的作用,从而减少混凝土早龄期的收缩变形;随着水灰比的增大,内养护的效果并不会随之增强,而是表现出先升后降的趋势,在水灰比为0.40时内养护效果最佳;在早龄期骨料与砂浆两部分的最小主应变没有表现出始终一致的变化趋势,而是在一定时间段内相互背离。     

Ⅱ型加载条件下页岩断裂行为的预测研究

实际工程中岩体往往处于Ⅰ型和Ⅱ型加载同时存在的状态,而这种复合加载条件下岩石断裂行为的预测较为复杂,也是迫切需要解决的问题。本文基于Ⅰ型加载条件下测试得到的页岩试样断裂韧度,应用MTS(Maximum Tangential Stress,最大切向应力)断裂准则对页岩试样在Ⅱ型加载条件下的裂纹起裂角以及断裂韧度进行了预测。为评估预测效果,通过Ⅱ型加载条件下2种尺寸页岩断裂试验,发现Ⅰ型断裂韧度随岩样尺寸变化的趋势不同,Ⅱ型断裂韧度基本没有尺寸效应。通过比较预测结果以及试验结果发现,利用传统的MTS断裂准则预测的理论值与试验测试值相差较大。在预测过程中断裂过程区尺寸的确定也是非常重要的,如果不考虑断裂过程区的尺寸效应同样会造成很大的预测误差。结合MTS准则确定的断裂过程区尺寸,利用GMTS(Generalized Maximum Tangential Stress,广义最大切向应力)断裂准则预测的岩样裂纹起裂角以及断裂韧度都与试验测试值非常接近。     

砂岩方梁断裂过程区范围的实验确定方法

裂纹前端的断裂过程区是引起岩石非线性断裂及尺寸效应的主要原因。利用数字图像相关技术对砂岩开展了三点弯曲梁实验,获得观测区域高精度的全场位移和应变数据,根据断裂韧带区域水平位移和水平应变的分布特征,结合裂尖岩石颗粒变化的微观分析,提出采用裂纹尖端水平位移波动性和水平应变突变性所得到的波动系数和水平应变突变值,确定断裂过程区形状和临界尺寸的方法。结果表明:砂岩断裂过程区的形状为不规则的狭长带状区域,断裂过程区的临界长度为11~13mm,临界宽度为1.58~2.36mm。断裂过程区区域内形变在趋向裂尖时呈指数增加,但其单位区域内的形变增量呈波动状态。该方法能够更加准确判断岩石断裂过程区的范围,有助于分析岩石的非线性断裂特性。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂准则研究方法概述

I—II复合型断裂是混凝土断裂中最常见的一种形式．断裂力学基本上有两种分析裂缝稳定性的方法:应力强度因子法和能量法,在混凝土断裂性能的描述上两者应该是等效的．本文介绍了不同种断裂准则的基本假定、判别标准、适用范围,并与实际试验结果相比较,指出各种断裂准则的优缺点．     

钢纤维增强混凝土的断裂破坏研究

在钢纤维增强混凝土的断裂力学性能的实验研究中,利用数字图像相关技术对素水泥砂浆试件和钢纤维增强水泥砂浆试件进行裂纹尖端的位移场测量,求解不同纤维分布情况下的应力强度因子从而进行增强性能的分析比较.对于单纤维桥联增强的情况,实验结果与Carpinteri的模型计算结果进行了分析比较,证明这种图像和数据处理方法对裂纹尖端的纤维位增强特性分析是有效可行的.     

双相钢板料的单向拉伸断裂失效研究(Ⅰ)——数字图像相关技术试验

通过数字图像相关技术试验研究了双相钢平板单向拉伸试件的拉伸变形和断裂失效过程,与理论结果对比分析了集中性失稳带的分布和方向.试验研究结果表明,试件的变形过程包括均匀变形、分散性失稳、集中性失稳和拉断4个阶段;集中性失稳的区域呈"×"形分布,与加载方向约成57°;起裂点位于局部颈缩截面的中心点处;双相钢的延伸率为18%.     

定向有机玻璃疲劳断裂性能的频闪法研究

疲劳裂纹扩展前应力集中区域变形场的测试对材料疲劳性能的研究起到至关重要的作用.但由于疲劳试验为动态的过程,在动态下测量比在静态下要复杂得多,这样就给变形场的测量带来了困难.通过调节频闪光源的频率使其与疲劳试验机的频率相同,可把此动态过程转换为准静态过程,采集不同循环周期内的相同时刻的灰度图像,并运用数字图像频域相关分析...     

定向有机玻璃疲劳断裂性能的频闪法研究

疲劳裂纹扩展前应力集中区域变形场的测试对材料疲劳性能的研究起到至关重要的作用。但由于疲劳试验为动态的过程,在动态下测量比在静态下要复杂得多,这样就给变形场的测量带来了困难。通过调节频闪光源的频率使其与疲劳试验机的频率相同,可把此动态过程转换为准静态过程,采集不同循环周期内的相同时刻的灰度图像,并运用数字图像频域相关分析法进行测试。本文运用此方法对定向有机玻璃缺口应力集中区域的变形场进行了测试,并分析得出其层间疲劳断裂力学性能薄弱的结论。     

珊瑚粗骨料海水混凝土力学性能试验研究

为了研究珊瑚粗骨料海水混凝土的力学性能,以拌养用水、粗骨料类型、混凝土强度为设计参数,设计和制作了12个珊瑚粗骨料混凝土、6个碎石粗骨料混凝土标准立方体试块,自然养护28d后进行轴压力学性能试验。观察了试块的受力破坏形态,获取了珊瑚粗骨料海水混凝土试块的单轴受压荷载-位移曲线,分析了各设计参数对珊瑚粗骨料海水混凝土的物理性能及力学性能的影响规律,并建立了珊瑚粗骨料海水混凝土单轴受压状态下的应力-应变本构方程。试验结果表明:珊瑚粗骨料海水混凝土试块的最终破坏形态为正倒相连的棱锥体;采用海水拌养混凝土时,可以提高混凝土的早期强度和轴压刚度;分别采用珊瑚和碎石作为粗骨料配制出的混凝土,同强度等级时,二者峰值荷载差异较小,但珊瑚粗骨料海水混凝土的峰值位移、轴压刚度均比碎石海水混凝土的小,且珊瑚粗骨料海水混凝土的损伤速率更快。拟合出的珊瑚粗骨料海水混凝土轴压本构方程与试验结果吻合较好,建议采用。     

加载角度对层理页岩裂纹扩展影响的实验研究

采用分离式霍普金森压杆（SHPB）系统对页岩进行冲击实验,研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响,在裂尖设置裂纹扩展计,借助高速摄影和数字图像相关（DIC）技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲（NSCB）试件断裂的全过程进行研究,得到了不同加载角度下页岩的动态起裂韧度、裂纹扩展速度、断裂过程中应变场和水平位移场的变化规律。实验发现:不同加载角度下,页岩的动态起裂韧度具有显著的各向异性,加载角度与动态起裂韧度呈正相关;加载角度对试样的裂纹扩展速度具有显著影响,与裂纹扩展速度呈负相关;当冲击速度较低时,切槽方向是裂纹扩展的优势方向,而当冲击速度较高时,试样会产生沿层理弱面的次生裂纹,次生裂纹对试样的断裂具有显著影响。     

骨料类型对再生混凝土力学特性的影响研究

为了研究骨料类型对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料种类和取代率为变化参数,设计了198个再生混凝土试块,分别进行了立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等力学性能试验,获取了试件受力破坏全过程的应力-应变曲线以及峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比等特征参数。基于试验数据,从位移延性、能量耗散、损伤过程、本构关系等方面分析了骨料类型对其破坏机理和力学性能的影响。试验结果表明:再生卵石混凝土的延性系数与耗能系数均值都比再生碎石混凝土大5%,前者的力学性能指标略好,变形性能更优,损伤过程也更为缓慢,而骨料类型对再生混凝土的能量耗散能力无明显影响。最后提出了不同骨料类型再生混凝土应力-应变本构方程,研究结果可供再生混凝土的进一步科学研究和工程应用提供参考。     

钢纤维混凝土力学性能优化与裂纹扩展特性试验研究

为探究复掺钢纤维下混凝土力学性能和裂纹扩展特性,利用云南会泽某深部矿山现场所取的砂、石、水泥等材料制成不同钢纤维掺量的混凝土试样,通过四点弯曲、劈裂拉伸和单轴压缩等试验获取试样抗折、抗拉和抗压强度,并借助数字图像相关技术(DIC)分析试样破坏和表面应变演化特征,优选出钢纤维混凝土配方应用于矿山竖井衬砌支护。同时对观测图像进行形态学处理,求算裂纹长度与裂纹扩展速度。试验结果表明：相较于对照组,添加钢纤维后混凝土试样的抗拉强度提升了46%～83%、抗折强度提升了24%～39%。钢纤维混凝土配方中,三掺钢纤维配方(40kg/m³长纤维,5kg/m³中长纤维,10kg/m³短纤维)对混凝土抗拉、抗折强度提升效果最佳,对残余强度和韧性指数的提升幅度最大。随着钢纤维尺寸种类的增加,试样位移-荷载峰后曲线斜率逐渐降低,同时混凝土试样内部固结后形成金属网结构的孔隙度降低,混凝土试样表面剥落量和裂纹衍生数量不断减少,到达峰值荷载时试样最大主应变降低。随着钢纤维种类增加,混凝土表面裂纹扩展平均速度减缓,相对起裂应力(起裂应力与峰值应力比值)...     

骨料尺寸对混凝土层裂强度的影响

作为混凝土材料的主要组成部分,骨料对混凝土力学性能具有重要影响.但骨料尺寸对混凝土层裂强度的影响仍缺少研究.本文利用大直径Hopkinson杆对混凝土细长杆件进行层裂实验,通过放置在试件后方吸收杆上的波形测量混凝土层裂强度.对两种不同尺寸骨料的混凝土进行了不同冲击速度下的层裂实验研究.实验结果表明,在相同加载条件下,骨...