碾壓混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的數(shù)值模擬論文

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1、碾壓混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的數(shù)值模擬論文摘要：本文在細(xì)觀層次上將碾壓混凝土看成是由硬化水泥粉煤灰砂漿體、粗骨料顆粒及二者間的粘結(jié)帶構(gòu)成的兩相非均質(zhì)復(fù)合材料，以隨機(jī)骨料模型代表碾壓混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，采用有限元技術(shù)模擬了劈拉試件的開裂過程，所得碾壓混凝土的劈拉強(qiáng)度與試驗結(jié)果基本吻合。為碾壓混凝土破壞機(jī)理的研究、碾壓混凝土力學(xué)性能的數(shù)值模擬提供了新的技術(shù)途徑。關(guān)鍵詞：細(xì)觀復(fù)合材料隨機(jī)骨料模型有限元破壞機(jī)理強(qiáng)度碾壓混凝土是一種可用土石壩施工機(jī)械設(shè)備運(yùn)輸及鋪筑，用振動碾壓實的干硬性混凝土，我國從1978年開始對碾壓混凝土筑壩技術(shù)進(jìn)行研究，在大量試驗研究的基礎(chǔ)上，將其廣泛應(yīng)用于實際工程.fre

2、el的坑口碾壓混凝土重力壩。目前，我國已建、在建碾壓混凝土壩約43座１。碾壓混凝土材料性能的研究是碾壓混凝土筑壩的關(guān)鍵技術(shù)課題之一，碾壓混凝土材料力學(xué)行為的研究，大都建立在試驗的研究基礎(chǔ)上，需要花費(fèi)大量的人力、物力，所得試驗成果還受試驗條件的限制。本文擬采用隨機(jī)骨料模型２及數(shù)值模擬技術(shù)，在細(xì)觀層次上探索碾壓混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的關(guān)系。1隨機(jī)骨料模型的形成本文假定已知級配的骨料其顆粒形狀為球形，按骨料達(dá)到最優(yōu)密實度條件的Fuller三維級配曲線，其級配曲線表達(dá)式為３：Y＝(D0/Dmax)1/2(1)式中：Y為骨料通過直徑為D０篩孔的重量百分比；Dmax為最大骨料顆粒

3、徑。Pa抗拉強(qiáng)度ft/MPa彈性模量E/GPa泊松比μ水泥砂漿層面25.02.526.00.22水泥粉煤灰砂漿25.02.526.00.22骨料80.010.035.50.16粘結(jié)帶22.01.525.00.163數(shù)值模擬結(jié)果歸納及分析3.1碾壓混凝土試件受劈拉的開裂過程為了模擬開裂過程，取單寬厚度的試件斷面進(jìn)行研究，每級荷載增量較小，共分10級施加。圖3為試件受劈拉時的開裂過程。從圖3可以看出，在試件受劈拉時裂縫先沿粘結(jié)帶擴(kuò)展，最后沿碾壓混凝土的層面破壞，且裂縫的擴(kuò)展方式不是連續(xù)的，即所謂的裂縫面橋現(xiàn)象１０，與試件破壞狀態(tài)相似。3.2碾壓混凝土的劈拉強(qiáng)度3.1.1計算強(qiáng)度與試驗

4、強(qiáng)度的對比在計算劈拉強(qiáng)度時，荷載分級施加。當(dāng)荷載增加到最后一級，總荷載達(dá)到P=6.78kN/cm，裂縫沿碾壓混凝土層面貫通，試件破壞。劈拉強(qiáng)度按下式計算11：R＝2P/a＝0.637PA(3)圖3碾壓混凝土試件受劈拉時的開裂過程表2計算劈拉強(qiáng)度與試驗強(qiáng)度的對比模擬類型數(shù)值計算值試驗值(36個試件平均值)劈拉強(qiáng)度/MPa2.602.71計算劈拉強(qiáng)度與試驗強(qiáng)度的對比如表2.計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合，計算值略偏小。3.2.2有中間層面的碾壓混凝土劈拉強(qiáng)度與無中間層面混凝土劈拉強(qiáng)度的比較為了探討有中間層面(軟弱面)碾壓混凝土劈拉強(qiáng)度與無中間層面碾壓混凝土的區(qū)別，本文對無層面碾壓混凝

5、土試件也進(jìn)行了數(shù)值模擬。其試件破壞形態(tài)如圖4所示；計算強(qiáng)度對比列于表3.圖4無中間層面混凝土試件的破壞圖形從表3可見，無層面碾壓混凝土的劈拉強(qiáng)度較有層面碾壓混凝土的略大，其主要原因是有層面碾壓混凝土劈裂面為薄弱的層面，沒有骨料，而無層碾壓混凝土劈開面上有粗骨料。4結(jié)論(1)本文在細(xì)觀層次上，采用基于隨機(jī)骨料模型的有限元分析方法，對有層面碾壓混凝土的劈拉強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值模擬，其計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本吻合，說明本文模型及方法是可行的。(2)本文表3有層面碾壓混凝土與無層面碾壓混凝土的劈拉強(qiáng)度計算值模擬類型無層面碾壓混凝土有層面的碾壓混凝土劈拉強(qiáng)度/MPa2.812.60采用隨機(jī)生成骨料結(jié)構(gòu)

6、的方法，模擬了碾壓混凝土細(xì)觀結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，從而能模擬裂紋的開展過程，是一種研究細(xì)微損傷斷裂的有效工具。(3)在隨機(jī)骨料模型中，代表骨料、砂漿和粘結(jié)帶的力學(xué)參數(shù)非常重要，其確切值應(yīng)由參數(shù)研究及試驗測量結(jié)果比較來確定。(4)本文僅是對碾壓混凝土破壞過程及計算強(qiáng)度的初步探討，今后將在數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的對比分析、材料參數(shù)的取值、破壞準(zhǔn)則的確定等方面作進(jìn)一步的研究和分析工作，以使該方法不斷完善。參考文獻(xiàn)：［1］沈崇剛。中國碾壓混凝土技術(shù)的進(jìn)展與運(yùn)行經(jīng)驗［J］。水力發(fā)電，1999，(10)。［2］VanMierJGM.FractureProcessesofConcrete:Assesm

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