混凝土Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹的断裂规律

本文以有限元计算和试验相结合的方法研究了混凝土Ⅰ、Ⅱ复合型裂纹的断裂规律提出了相应的断裂准则和裂纹扩展方向的数学表达式,发现了断裂准则的建立与混凝土抗压强度有关,以及在K_Ⅰ/K_Ⅱ不变的情况下断裂角是个常数等规律。     

用四点剪切试样确定混凝土Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹断裂判据的测试研究

一、前言 在混凝土Ⅰ,Ⅱ复合型裂纹断裂测试研究中,为了要得到一条比较稳定的断裂临界曲线,对于K_Ⅰ,K_Ⅱ不同组合的各试样应尽量采用统一而简单的形式。我们曾经采用过 直偏裂纹和斜偏裂纹的三点弯曲试样,但均不够理想。通过探索比较,我们认为反对称加载的单边裂纹四点剪切试样是比较合适的,其试样尺寸和加载位置可固定不变,只要改变裂纹位置就可得到不同的K_Ⅰ,K_Ⅱ组合,并可较方便地测定纯K_Ⅰ和纯K_Ⅱ两个极端情况。此外,这种试样在浇制及试验装置上也较方便,并保持了试验条件的一致     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则及扩展全过程的数值模拟

本文基于从试验中得出的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的扩展准则,即由外荷载在裂缝尖端产生的应力强度因子与虚拟裂缝黏聚力产生的应力强度因子的差大于或等于起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线时裂缝扩展,在此基础上采用有限元法对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、稳定扩展及失稳扩展全过程进行了数值模拟,并计算了试件高度分别为200、300、400、500、600mm混凝土四点剪切梁的裂缝扩展路径、荷载-剪切位移曲线,数值模拟结果与试验结果吻合良好。研究表明,只要从试验中测得混凝土材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线、抗拉强度及弹性模量,即可计算混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程。     

配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响

为了探讨配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程及声发射特征的影响,通过4组直偏裂缝钢筋混凝土三点弯曲梁开展Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验及声发射信号采集,并分析试验结果。结果表明:随着配筋率的增加,失稳荷载近似线性增加,配筋率影响混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂模式;裂缝稳定扩展过程中振铃计数出现若干个峰值,累计计数的突变可以表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂临界状态,且3个参数间具有较强的相关性;声发射峰频点均呈现分频段集中的现象,从85%荷载水平开始,140~155 kHz的频段占比减小,30~45 kHz频段占比增加,临近失稳临界状态时峰频分布趋于分散。     

混凝土复合型(I、II型)裂纹断裂准则的计算和试验研究

本文提供了用奇异性八结点四边形等参数单元算得的偏裂纹三点弯曲梁和四点弯曲梁的应力强度因子K_I和K_II.偏裂缝三点弯曲梁试件的跨度与高度之比分别为4、3和2.给出了计算偏裂纹三点弯曲梁的K_I和K_II的经验公式.用对称三点弯曲梁、偏裂纹三点弯曲梁和四点弯曲梁试件测定了混凝土的K_Ic、K_IIc和复合型(I、II型)裂纹的临界的K_I～K_II曲线.根据试验成果,建议了混凝土复合型(I、II型)裂纹断裂准则的经验公式和根据K_I/K_II值计算起裂角的经验公式.     

三峡工程花岗岩蠕变断裂与Ⅰ－Ⅱ型断裂试验研究

针对三峡船闸区闪云斜长花岗岩，探索性开展了三点弯曲断裂、蠕变断裂试验，得到了不同风化程度岩石的断裂韧度Ｋ＿（ⅠＣ）和蠕变断裂韧度Ｋ＿（ⅠＣＣ），并将两者进行了比较分析；首次进行了四点弯曲Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验，测得了岩石的Ｋ＿Ⅰ和Ｋ＿Ⅱ，根据试验结果拟合出了临界断裂判据经验公式，并与最大拉应力和最大拉应变理论作了对比分析。     

三峡工程花岗岩蠕变断裂与Ⅰ－Ⅱ型断裂试验研究

针对三峡船闸区闪云斜长花岗岩,探索性开展了三点弯曲断裂、蠕变断裂试验,得到了不同风化程度岩石的断裂韧度k＿（ⅠC）和蠕变断裂韧度k＿（ⅠCC）,并将两者进行了比较分析;首次进行了四点弯曲Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验,测得了岩石的k＿Ⅰ和k＿Ⅱ,根据试验结果拟合出了临界断裂判据经验公式,并与最大拉应力和最大拉应变理论作了对比分析。     

岩石与混凝土界面裂缝断裂准则及断裂能的试验研究

对梁型试件进行试验研究得到了岩石与混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型界面裂缝的临界断裂曲线方程；并对三点弯曲梁测出荷载－位移全曲线，计算出断裂能CF。     

相对切口深度对混凝土断裂性能影响试验研究

以双K断裂模型为理论基础,采用混凝土标准三点弯曲梁试件,通过试验测得相对切口深度a0/h为0~0.6的5组试件的起裂荷载P_(ini)、断裂荷载P_(max)及临界裂缝口张开位移CMOD,计算得到起裂韧度K_(Ic)~(ini)、K_(Ic)~(un)断裂韧度,并使用立体显微镜对破坏后的混凝土进行切口尖端裂纹以及断裂面观察,探究其裂缝开展情况,以分析相对切口深度对混凝土断裂性能的影响。结果表明:相对切口深度越大,则试件起裂越早,而起裂荷载与断裂荷载的比值随初始缝高a_0的增大无明显变化,初始缝高对起裂荷载和断裂荷载的影响呈线性相关;起裂韧度和断裂韧度随着相对切口深度的增大无明显减小趋势,两者的比值随相对切口深度也无明显变化,即双K断裂参数取决于材料本身固有特性,与切口深度无关;混凝土断裂过程复杂,存在明显的亚临界扩展阶段,该阶段裂纹绕开骨料发展,整个断裂过程中裂缝扩展路径呈现出曲折型。     

岩石与混凝土三维界面裂缝断裂准则的试验研究

把双材料三维界面裂缝的断裂形式区分为三种类型：Ⅰ型为张开型；Ⅱ型为滑开型；Ⅲ型为撕开型。定义KⅠ、KⅡ、KⅢ为应力强度因子，反映这几种断裂型式裂缝尖端应力场的强弱。由于工程实际中多为复合型断裂，因此，在综合考虑试件的断裂类型及KⅠ、KⅡ、KⅢ之间的相对比例关系等诸多因素的基础上，制定出23种不同KⅠ、KⅡ、KⅢ组合的试验方案。试验中采用了两类岩石-混凝土界面裂缝试件形式：一类为单边裂缝方形试件；一类为环形裂缝试件，为便于加载后者外形仍为方形。通过对这些试件的试验研究，得到了不同断裂类型断裂时的应力强度因子KⅠ、KⅡ、KⅢ值。用数理统计的多元回归法得到了岩石与混凝土三维界面裂缝的断裂准则，该准则可用于坝体与基岩界面的断裂分析。 关键词：岩石；混凝土；双材料界面裂缝；断裂准则     

混凝土异弹模界面裂缝断裂准则的试验研究

对四点加荷试件进行了混凝土异弹模界面裂缝沿非交界面扩展时断裂准则的试验研究，得到了这一问题的监界断裂曲线，并研究了最大拉应力准则及最大拉应变准则在异弹模界面裂缝中的应用问题。     

混凝土Ⅱ型断裂韧度尺寸效应的试验研究

从试件尺寸为剪切断裂韧度的主要影响因素来考虑,制作了5组40个不同长度和高度的混凝土对称加载试件,通过对试件的荷载-裂缝尖端滑移位移曲线、荷载-应变曲线以及荷载-时间曲线的分析,研究了不同长度和高度对剪切断裂韧度的影响。试验结果表明,试件的稳定度会随着试件长度的增加而提高,随着试件高度的增加而降低;断裂韧度会随着试件长度的增加而增大,随着试件高度的增大而减小;断裂韧度的尺寸效应随着试件宽度的增加而减弱,随试件高度的增大而增强。     

喷射UHTCC与混凝土界面的Ⅱ型断裂试验研究

使用喷射超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)加固和修补水工混凝土结构具有广阔的应用前景。为评估加固效果,采用喷射UHTCC和既有混凝土制备成的两端无切口剪切型断裂复合试件,开展单边加载剪切型断裂试验,测试两种材料的界面剪切型断裂韧度。对既有混凝土表面分别采用高压水枪冲洗、人工凿毛和涂抹界面剂三种不同的处理方法,并对比研究喷射UHTCC和浇筑UHTCC两种施工工艺,探究不同因素对复合试件界面剪切型断裂韧度的影响。试验结果表明:喷射UHTCC与既有混凝土之间黏结性能良好;界面粗糙度对界面剪切型断裂韧度无显著影响;涂抹界面剂会使界面剪切型断裂韧度显著下降;喷射UHTCC制备的复合试件其界面剪切型断裂韧度高于浇筑UHTCC制备的复合试件。喷射UHTCC技术可对水工混凝土结构进行有效的加固和修复。     

碾压混凝土断裂试验研究

本文为研究碾压混凝土断裂特性,对沙牌拱坝碾压混凝土试件进行了三点弯曲梁断裂试验和剪切断裂试验研究,获得了试件的断裂韧度KⅠC、KⅡC和断裂能GF。试验中应用光纤传感检测技术,对试件开裂进行监测,研究结果表明,经处理后的二次涂覆单模光纤对碾压混凝土试件的开裂较敏感,当试件开裂时光强突变减弱,随着裂缝开度增大光强逐渐降低,试件断裂时光纤断裂。光纤的埋设工艺是实用上需要研究解决的重要技术环节。     

混凝土断裂韧度的试验研究

本文以水泥净浆、砂浆、不同粒径(5～80毫米)的卵石混凝土、碎石混凝土和钢纤维卵石混凝土等五种材料,用紧凑拉伸、四点弯曲和不同尺寸(5×5×22～50×50×220厘采)的三点弯曲等三种试件形式以及不同裂纹深度等方面进行了混凝土断裂韧度的系列试验。结果表明水泥混凝土类材料(钢纤维卵石混凝土例外)是切口敏感性材料,线弹性断裂力学可以应用于上述材料中。混凝土类材料在单一外荷载作用下,不存在亚临界裂纹扩展,其断裂是突发性的,而断裂韧度也像其强度、弹性模量等力学指标一样随骨料粒径及试件尺寸而变化。Weibull脆性破坏统计理论可以应用于混凝土类材料的强度及断裂韧度值的分析中。     

混凝土断裂韧度的试验研究

Griffith-Irwin经典断裂力学理论已比较成功地应用于玻璃、陶瓷和脆性金属材料中。自从Kaplan于1961年发表了第一篇《混凝土的裂纹扩展和断裂》文章以来,断裂力学在混凝土中的应用已进行了很多的试验研究。从已发表的研究成果来看,仍存在着矛盾和分歧。     

水工混凝土复合型高效减水剂试验研究

随着水利工程建设的快速发展,为了满足工程建设对集多功能于一身的高效减水剂的需求,通过试验研究,成功配制了JSNJ-2缓凝高效减水剂和JSNJ-3早强高效减水剂。经检测各项指标符合国标要求,可在施工难度高、技术要求复杂的工程中使用,起到复合高效减水剂高效经济的作用。     

基于双K断裂准则的U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏力学模型研究

为探讨U形渠道衬砌的冻胀断裂力学模型,采用有限元软件简化模拟混凝土衬砌板初始裂缝扩展,并结合线弹性断裂力学的双应力强度因子的混凝土双K断裂破坏准则,建立了冻胀力与冻结力共同作用下的U形渠道混凝土衬砌板冻胀断裂力学模型。根据混凝土双K断裂准则与冻胀条件下的混凝土衬砌力学模型,计算了U形渠道各部位混凝土衬砌板在初始裂缝扩展情况下,混凝土衬砌板冻胀断裂破坏的临界厚度。通过实例计算,验证了此双K断裂准则下的混凝土渠道衬砌冻胀力学模型具有一定的实际应用价值,为以后的U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计提供了合理的理论参考。