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我国正处于绿色建筑工业化快速发展阶段,以混凝土结构为主的基础设施建设规模日益增大,高性能纤维混凝土由于其良好的抗裂性能和相应的耐久性能做为一种绿色建筑材料,具有广泛的推广应用前景,在城市地下工程开发与利用进程中发挥重要的作用。作为重要的绿色建材,混凝土类准脆性材料的力学性能和损伤机理是高性能混凝土研究领域所关注的基础科学问题,高性能纤维混凝土的损伤机理研究及工程应用对改进材料性能、提高工程质量、降低工程全寿命周期的综合成本具有重要理论和现实意义。本文依托青岛地铁工程,基于已有的城市地下工程开裂损伤病害调查,以试验研究为基础,运用理论分析与工程实践相结合的方法,系统开展了城市地下工程纤维混凝土动态损伤特性评价方法研究。首先,开展了纤维混凝土配比优化、宏观损伤评价、数字图像3D-DIC技术细观损伤演化等基础性问题研究;其次,开展了纤维混凝土由静载至动载在不同加载速率下的动态力学特性研究;进一步考虑工程实践存在围压作用影响,借助三轴超低渗透率损伤测试系统,根据渗透率实测值的变化,评价纤维混凝土受围压值变化、加载速度变化、循环加卸载等多种条件下的损伤特性,揭示了纤维混凝土三轴动态加卸载过程的损伤演化机理;最后将纤维混凝土在青岛地铁海底隧道应用,探讨了海工环境服役期内纤维混凝土的适用性及强度损伤演化规律。论文主要研究内容及成果如下:(1)纤维混凝土配合比优化及宏观损伤评价采用纤维砂浆扩展度法,确定了满足纤维混凝土流动性及施工要求所需纤维的最佳掺量为1.2kg/m3,添加长度均为6mm的聚丙烯纤维0.7kg/m3和PVA纤维0.5kg/m3进行混掺使用,优化后的纤维混凝土试块的收缩率仅为基准混凝土的65%,减裂系数达到0.883。(2)基于数字图像3D-DIC技术的纤维混凝土细观损伤研究引入数字图像3D-DIC技术,开展了压缩加载条件下纤维混凝土试块的损伤演化机理研究。首先,单轴加载条件下,根据试块全场应变云图的演化,可将损伤过程定量化分段,划分为初始压密、裂缝稳定扩展、裂缝加速扩展至破坏三阶段;揭示了拉应力和压应力叠加的剪胀效应导致峰值区域的剪切破坏,是试块的主要破坏形式。其次,开展了峰前循环加载实验,分析了试块裂缝位置自产生至发生贯穿性破坏的损伤特征。最后,开展相似材料模拟试验,制作了同规格的PMMA试块与纤维混凝土试块进行加载损伤的应变对比,同等加载条件下,PMMA试块表现为明显的脆性破坏特征,裂缝产生至破坏的持续时间明显短于纤维混凝土试块,证实了纤维掺入后,混凝土由脆性损伤转变为明显的塑性损伤特征,提高了抵抗损伤开裂的能力。(3)不同加载速率下纤维混凝土动态力学特性研究开展了纤维混凝土试块由静载至动载受不同加载速率(10-5/s10-2/s)的动态力学特性研究,分析了试块压缩和拉伸力学特性。研究表明,纤维混凝土的抗压强度和拉伸强度均随加载速率的增大而提高,纤维混凝土在峰值应变、韧性指标等方面相对基准混凝土均有所提高。建立了考虑强度动态增长因子的纤维混凝土动态损伤本构模型,试验拟合曲线吻合较好。(4)围压作用下纤维混凝土动态加卸载损伤评价考虑工程实践存在围压作用,借助三轴超低渗透率损伤测试系统,根据渗透率实测值的变化,评价试块受围压值变化、加载速度变化、循环加卸载等条件下的损伤特性。首先,通过开展不同围压值作用的单次加卸载实验,证实了围压作用对于混凝土的损伤渗透影响明显,围压值越高,试块损伤开裂程度越低。围压为1MPa时,试块的损伤渗透较无围压作用降低50%,当围压加载至4MPa时,损伤渗透较围压值12MPa降低50%,揭示了围压作用有效抑制了混凝土内部损伤裂缝的扩展。其次,通过开展不同加载速度(0.5,1.0,1.5,3.0 MPa/s)的单次加卸载试验,证实了加载速度对试块损伤开裂的影响很大,加载速度越快,损伤特征越明显。最后,开展了围压值为1MPa、轴向加载速度为1.5MPa/s的三轴循环动载试验,揭示了随着加载次数的递增,试块的损伤特征由弹性变形转变为明显的塑性变形损伤。(5)纤维混凝土适用性评价方面,通过青岛地铁海底隧道现场应用,研究了海工环境加倍海水浓度条件下纤维混凝土强度损伤演化规律,计算得出纤维混凝土100年最大强度损伤因子不超过0.1,满足衬砌服役期百年使用寿命的设计要求。