基於巨觀斷裂力學的混凝土細觀裂縫擴展過程

《基於巨觀斷裂力學的混凝土細觀裂縫擴展過程》是依託大連理工大學,由吳智敏擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於巨觀斷裂力學的混凝土細觀裂縫擴展過程
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳智敏

項目摘要

粗骨料的隨機分布造成混凝土材料的不均質性，影響裂縫擴展規律，進而改變混凝土巨觀斷裂特性，這在全級配大骨料混凝土中體現得尤為明顯。本項目擬採用巨觀斷裂力學從細觀層次研究裂縫擴展過程，提出以應力強度因子為參量的複合型裂縫擴展準則，以判別混凝土不同介質（砂漿、骨料及界面）在複雜應力場下裂縫擴展模式，重點研究裂縫尖端遇到骨料時產生的三種擴展路徑，即裂縫穿過骨料、沿界面擴展至砂漿及沿界面擴展至骨料，以及不同擴展路徑對裂縫演化、巨觀斷裂性能的影響。通過試驗研究界面軟化本構關係、細觀斷裂過程區形成機理，在此基礎上探討混凝土細觀結構與巨觀斷裂能之間的關係，發展基於細觀層次的虛擬裂縫粘聚力的分離裂縫模型，結合理論分析實現對裂縫起裂、穩定擴展及失穩破壞的全過程模擬。本項目提出的方法克服了巨觀力學無法解釋裂縫擴展規律及細觀力學難以獲取界面力學參數的困難，為評價全級配大骨料混凝土結構安全性提供了一個新的思路。

結題摘要

開展了砂漿-岩石界面抗拉強度、斷裂特性試驗研究，分析了界面粗糙度、砂漿強度、岩石種類對界面參數的影響，並設計預埋骨料試件進行三點彎曲試驗，得到了裂縫尖端遇到骨料後不同的裂縫擴展路徑。進行了岩石的斷裂試驗，驗證基於材料起裂韌度的裂縫擴展準則在岩石材料中的適用性，並提出了以裂縫口張開位移為控制變數的計算方法，避免了粘聚力的疊代運算，提高了計算精度與計算效率。設定垂直雙材料界面裂縫試件，探究了裂縫尖端在界面時的擴展準則，後將界面單獨作為一相材料，採用應力外推法得到界面的斷裂韌度，研究界面斷裂韌度的尺寸效應。基於本課題組提出的基於材料起裂韌度的裂縫擴展準則，採用數值方法得到裂縫擴展全過程的p-cmod曲線，通過試驗驗證了裂縫擴展準則的在多相材料中的準確性。最後，將裂縫擴展準則用於隨機模型以探究混凝土非均勻性對裂縫擴展過程的影響，通過統計分析得到極限荷載、斷裂過程區長度等要素的機率分布函式，為工程檢測和工程可靠性分析提供依據。本項目的課題研究對評估細觀層次的混凝土裂縫擴展規律和機理具有重要的理論意義和工程套用價值。