有压水对混凝土孔隙水压及其动态力学特性的影响研究

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混凝土材料是多相复合材料,其组成成分复杂多变,材料特性表现出较大离散性。其工作的环境更是能够较为严重的影响其力学性能,水环境中与大气环境中的力学性能相差甚远。现有的数值计算理论是建立在大气环境中的静态强度理论之上,以此进行水环境中的结构动态响应显然是不合理的。本文作为国家自然科学基金项目《基于不同水环境的混凝土动态性能研究》(项目批准号51279092)的一部分,展开了对不同围压作用下混凝土内部孔隙水压试验研究以及不同初始孔隙水压对混凝土动态力学特性试验研究。  本研究主要内容包括:⑴浇筑了300、600mm和150、300mm的C30混凝土圆柱体试件,以此作为本文研究对象。⑵对尺寸为300、600mm的混凝土试件进行了不同水压作用下混凝土内部孔隙水压试验,围压的变化从0~0.875MPa,变化步长为0.05MPa;同时对试件尺寸为、150、300mm的混凝土进行了不同初始孔隙水压下(0、2、5和10MPa),不同应变速率(10-5~10-2/s)下混凝土常三轴受压试验。⑶通过不同水压下混凝土内部孔隙水压试验研究,依据对试验数据的整理,分析了混凝土内部孔隙水压力随时间和施加围压的变化规律。围压作用下,混凝土内部孔隙水压的变化规律可分为三个阶段:迅速变化、缓慢变化和趋于稳定阶段。⑷依据试验数据,采用ANSYS有限元软件对不同水压下混凝土内部孔隙水压试验全过程进行了试验过程反演模拟,并于试验结果进行了对比分析。反演所得混凝土内部孔隙水压力变化与试验所得孔隙水压变化过程基本一致,同时得到了混凝土渗透系数。⑸基于上述研究成果,开展了不同初始孔隙水压下,混凝土常三轴动态压缩试验研究,分析了不同应变速率,不同初始孔隙水压下的混凝土峰值应力的变化规律,并对其作用机理进行了分析。结果表明,应变速率改变了孔隙水压力对混凝土的作用机理;与无初始孔隙水压饱和混凝土相比,有初始孔隙水压饱和混凝土的峰值应力速率效应出现较大的提高;高孔隙水压(10MPa)在一定程度上反而降低了混凝土峰值应力的率敏感性。⑹依据试验数据,基于Weibull统计理论模型构建了混凝土水环境下的经验率型本构方程。采用本文所建立的率型损伤本构模型对不同初始孔隙水压,混凝土常三轴动态压缩应力-应变曲线进行了描述,得到拟合效果良好,所建立模型可以用来描述不同工况下,混凝土应力-应变全曲线及损伤变化规律。
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