全級配混凝土的變形破損機理及力學特性尺度效應研究

《全級配混凝土的變形破損機理及力學特性尺度效應研究》是依託武漢大學，由何吉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：全級配混凝土的變形破損機理及力學特性尺度效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：何吉
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

本項目以大型水利水電工程中廣泛採用的全級配混凝土的力學特性為研究對象，採用理論分析、物理試驗與數值模擬相結合的方式，研究其變形破損機理及尺度效應。首先對混凝土中砂漿、骨料及界面進行離散，以斷裂力學作為裂紋擴展判據，並通過物理試驗的參數標定及驗證，基於複合單元法建立細觀尺度下的混凝土破損三維數值分析模型。通過對一系列大尺度全級配混凝土試件的變形破裂過程進行細觀分析，揭示拉、壓、劈裂荷載下全級配混凝土的變形破損機理，研究骨料粒徑、骨料密度與混凝土巨觀力學參數（彈模、泊松比、強度）之間的相關關係。基於物理試驗以及大量數值試驗的結果，採用人工智慧方法，建立試件尺度與巨觀力學參數之間的定量聯繫。研究成果為推測全級配混凝土的力學性能提供一條有效且經濟的途徑，並為量化評價水工混凝土結構的服役性能提供依據和方法，具有廣闊的套用前景。

結題摘要

全級配混凝土是重力壩、拱壩等大體積水工建築物的核心建築材料，其力學性能直接影響建築物的穩定與安全。全級配混凝土由於試件尺寸較大，因此物理試驗的難度較大、設備要求較高。設計中，一般採用濕篩二級配小試件的試驗結果來推測全級配混凝土大試件的力學性能，但是兩者之間存在較大差異，即存在顯著的“尺度效應”。本項目採用統計分析、物理試驗與數值模擬相結合的方式，針對全級配混凝土的力學性能、尺度效應的影響程度及影響因素等問題開展研究。共蒐集了11個工程共209組試驗數據，採用統計方法對試驗結果進行了分析，研究了全級配混凝土與濕篩二級配混凝土的單軸抗拉強度比值、單軸抗壓強度比值、劈裂抗拉強度比值（以下均簡稱為抗拉強度比值、抗壓強度比值、劈拉強度比值）的分布規律及參考取值，對比了圓柱體試件與立方體試件對抗壓強度比值的影響，改進了抗壓強度比值隨齡期變化的經驗公式。提出了裂縫擴展釋放算法，據此建立了混凝土細觀數值模擬方法，並論證了方法的可行性。採用該數值模擬方法，研究了齡期對全級配混凝土抗拉性能的影響，構建了抗拉強度、彈性模量隨齡期變化的函式公式。採用該數值模擬方法，進一步對比了全級配混凝土與濕篩二級配混凝土的抗拉性能以及裂縫擴展過程，構建了抗拉強度比值、彈性模量比值隨齡期變化的函式公式，通過數值結果與統計結果的對比，發現規律基本一致。