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大坝、海洋平台、桥梁墩台等结构长期处于水环境中工作,在其服役期间都不可避免地遭遇到动荷载的作用,抗震安全成为为工程建设中的关键技术问题之一。目前,对于大气自然环境中的混凝土静动态研究已取得丰硕成果,但对于水环境中的混凝土动静态性能研究却还有限。因此,开展对高孔隙水压力作用下混凝土内部缺陷的劣化过程以及其对混凝土整体性能影响的研究具有相当重要的工程意义。 为此,本文在国家自然科学基金(51279092)的资助下,利用三峡大学自行研发的10MN大型多功能静动力三轴仪对不同尺寸的混凝土试件进行了在多种孔隙水压循环次数、不同围压及不同加载速率下的抗压试验。通过对力学试验数据的分析,得到了自然湿度及水饱和混凝土的力学性能在不同加载速率下的变化规律;得到了水饱和混凝土的力学性能在不同围压、不同加载速率下的变化规律;得到了历经不同次数的孔隙水压循环作用后的混凝土在不同加载速率下的力学性能变化规律。在此基础上,基于数学统计理论建立了混凝土本构模型,并分析了本构模型中相关参数与应变速率的相关性。本文具体工作内容及研究结论主要有以下几方面。 1)进行了自然湿度混凝土及水饱和混凝土单轴抗压性能对比试验,分析了两种湿度混凝土在不同加载速率下的力学性能与变形特性。试验结果表明,混凝土的强度随加载速率的增大而增大,水饱和混凝土相对于自然混凝土的强度降低。两种湿度混凝土的峰值应变、弹性模量、吸能能力随加载速率的增加,总体呈增大的趋势。 2)进行了历经不同次数孔隙水压循环作用后的混凝土的常规三轴压缩试验,并在0次循环情况下,研究了不同围压对混凝土强度的影响。试验结果表明,历经不同次数孔隙水压循环作用后的混凝土峰值应力都随加载速率的增加而增大;峰值应力随循环次数的增加表现出先增大后减小的趋势,产生此种现象的原因是混凝土孔隙间的Stefan效应与孔隙水的机械作用在对混凝土力学性能影响中所占据主导地位的转换。在相同的加载速率下,混凝土的峰值应力随围压的增大而增大。峰值应变随加载速率的增加,整体上有增大的趋势。混凝土弹性模量随孔隙水压循环次数的增加,呈减小的趋势。混凝土的吸能能力随应变速率的增加而呈增大的趋势;吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势,与峰值应力随循环次数的变化规律比较接近。 3)构建了混凝土在单轴压缩及三轴压缩情况下的动态损伤本构模型,结果表明,混凝土损伤特性在峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。该模型能够较好的模拟混凝土应力-应变全曲线的变化规律,且该模型参数少,便于工程应用。