工學水利工程畢業(yè)論文 碾壓混凝土細觀結(jié)構(gòu)力學性能的數(shù)值模擬

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1、湖南師范大學本科畢業(yè)論文考籍號：XXXXXXXXX姓名：XXX專業(yè)：工學水利工程論文題目：碾壓混凝土細觀結(jié)構(gòu)力學性能的數(shù)值模擬指導老師：XXX二〇一一年十二月十日摘要：本文在細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)復合材料，以隨機骨料模型代表碾壓混凝土的細觀結(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度與試驗結(jié)果基本吻合。為碾壓混凝土破壞機理的研究、碾壓混凝土力學性能的數(shù)值模擬提供了新的技術(shù)途徑。關(guān)鍵詞：細觀復合材料隨機骨料模型有限元破壞機理強度　　碾壓混凝土是一種可用土

2、石壩施工機械設備運輸及鋪筑，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)進行研究，在大量試驗研究的基礎上，將其廣泛應用于實際工程，于1986年建成我國第一座高57m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行為的研究，大都建立在試驗的研究基礎上，需要花費大量的人力、物力，所得試驗成果還受試驗條件的限制。本文擬采用隨機骨料模型[２]及數(shù)值模擬技術(shù)，在細觀層次上探索碾壓混凝土細觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學性能的關(guān)系。1隨機骨料模型的形

3、成　　本文假定已知級配的骨料其顆粒形狀為球形，按骨料達到最優(yōu)密實度條件的Fuller三維級配曲線，其級配曲線表達式為[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為最大骨料顆粒徑。WalravenJ.C.基于Fuller公式，將三維級配曲線轉(zhuǎn)化為試件內(nèi)截平面上任一點具有骨料直徑DD0的概率PC(DD0)[４]，其表達式為：PC(DD0)=Pk[1.065(D0/Dmax)0.5－0.053(D0/Dmax)４－0.012(D0/Dmax)6(2)－0.0045(D0/Dmax)8＋0.0

4、025(D0/Dmax)10式中：Pk為骨料體積占試件總體積的百分比，一般取Pk＝0.75；Dmax為骨料最大粒徑?！　「鶕?jù)不同的D０值，由式(2)可求得概率分布曲線PC(DD0)～D0/Dmax，據(jù)此可求得在試件內(nèi)截平面上各種料徑的顆粒數(shù)?！　∮梢陨辖Y(jié)果，將小于5mm的細骨料計入砂漿均質(zhì)體，按各種粗骨料在截面上不相重疊的條件，由蒙特卡洛法，隨機生成各粗骨料顆粒的形心坐標，即可形成隨機骨料模型。　　在本文中，以桃林口水庫碾壓混凝土劈拉試驗為算例進行數(shù)值模擬，采用該水庫碾壓混凝土芯樣尺寸，模擬試件的隨機骨料模型及尺寸如圖1所示。2有限元程序、計

5、算網(wǎng)格及材料參數(shù)圖1碾壓混凝土劈拉試件骨料隨機分布2.1有限元程序　本文利用我院自編的結(jié)構(gòu)分析有限元程序NLFE1，以碾壓混凝土劈拉試件仿真模擬分析為例，進行細觀結(jié)構(gòu)力學性能研究?！　　　炷涟韬臀锏膬蓚€主要構(gòu)元粗骨料和硬化水泥粉煤灰砂漿分別進行試驗，都會出現(xiàn)彈性破壞，而碾壓混凝土本身在破壞前卻表現(xiàn)出非彈性性質(zhì)[５]。因此本文采用碾壓混凝土的各相在破壞前符合彈脆性材料假設，應力-應變關(guān)系為線彈性關(guān)系。當單元體主應力大于該相材料強度時，則單元發(fā)生開裂，程序自動用簡單超余應力轉(zhuǎn)移法將超余應力轉(zhuǎn)移至相鄰未破壞單元。2.2計算網(wǎng)格　　在隨機地生成骨料顆

6、粒系統(tǒng)之后，對結(jié)構(gòu)進行有限元分析時，首先要將研究區(qū)域劃分為有限元網(wǎng)格，這將涉及到成千上萬個單元和節(jié)點，數(shù)據(jù)準備工作則變得極其繁重。特別是對于需要隨機改變顆粒組合，反復進行網(wǎng)格剖分的情況下，不尋求某種自動或半自動的方法，是難以實現(xiàn)的。