《動載及高水壓下混凝土非均質材料開裂擴展機制研究》是依託河海大學，由杜成斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：動載及高水壓下混凝土非均質材料開裂擴展機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：杜成斌
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
建立動載及高水壓下混凝土裂縫內水壓力分布的預測模型；發展動力擴展有限元法的理論和方法模擬非均質混凝土材料裂紋動態開裂擴展過程，重點包括：骨料相、砂漿相、界面相、孔隙相和裂紋面等複雜界面存在時擴展有限元富集函式的構建方法、不連續處的數值積分技術、裂紋的張開-閉合處理技術，實現動載及高水壓下混凝土裂縫起裂、擴展失穩過程的精確模擬；研製有效的動載及高水壓下混凝土斷裂擴展的實驗裝置並開發先進的測試技術，為有壓混凝土裂縫內水壓分布的預測模型及裂縫開裂擴展模擬的數值模型的合理性提供可靠的依據。研究成果對揭示動載下有壓混凝土水力劈裂效應的作用機制，正確認識動載及高水壓下有縫混凝土結構的斷裂特性和動力破壞機理有重要的意義。
結題摘要
300米級高混凝土壩在靜載下壩體均有不同程度的裂縫存在，在高水壓和強烈地震作用下這些裂縫有可能會進一步開裂擴展，甚至發生斷裂破壞，極大地影響高混凝土壩的安全性。本項目針對動載及高水壓下混凝土非均質材料的擴展機制開展研究，主要圍繞動載及高水壓下混凝土裂縫面水力劈裂效應力學作用機制、非均質混凝土材料裂縫動態擴展模擬的新方法和動載及混凝土水力劈裂擴展實驗系統研製開展工作。 構建了可考慮孔洞、夾雜以及微裂紋等多重不連續存在時的擴展有限元法位移模式，建立了有限體積法和擴展有限元法的耦合模型，對動載下混凝土水力劈裂試件進行系列數值模擬，取得了與試驗較為一致的結果，得出了動載下不同時刻裂縫面水壓分布，研究了裂紋面水壓力的分布形式對裂紋斷裂擴展路徑的影響；發展了基於四叉樹格線的新型比例邊界有限元法，建立了有限體積法和比例邊界有限元法的耦合模型，並首次對比例邊界有限元法求解裂紋面接觸問題進行了研究。在水力劈裂試驗方面， 針對常用的環氧樹脂膠密封裝置存在的缺陷，研製了新型的水力劈裂實驗的密封裝置，並成功進行了多組水力劈裂試驗。 通過研究，建立了動載及高水壓下混凝土裂縫開裂擴展過程追蹤的理論模型和方法，實現了動載及高水壓下混凝土裂縫起裂、擴展、失穩過程的精確模擬；研製了有效的動載及高水壓下混凝土斷裂擴展的實驗裝置，基於有關試驗建立了不同載入速率下縫內水壓模型，有效揭示了動載下混凝土水力劈裂效應的作用機制。 研究成果共發表研究論文20篇，其中SCI檢索論文8篇，出版專著2部。獲授權發明專利3項。培養博士（碩）研究生6名。部分成果獲雲南省科技進步獎1項。研究得到的有關成果受到有關國際同行的好評。試驗得到的不同衝擊載入速率下（縫口張開速率）縫內水壓分布與擴展規律已引起國內外多個高校課題組的興趣，多個國外高校有關課題組(Universityof Illinois,USA)來信諮詢有關試驗方法並索要有關試驗數據，目前試驗成果已提供英國Durham University Charles Augarde教授等課題組作為數值模型驗證。
