《基於損傷-斷裂準則的水工混凝土結構水力劈裂數值模型》是依託河海大學，由甘磊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於損傷-斷裂準則的水工混凝土結構水力劈裂數值模型
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：甘磊
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高混凝土壩等水工混凝土結構常年在高水壓、高應力條件下運行，易發生水力劈裂破壞。本項目擬採用物理試驗、理論分析和數值模擬等方法，利用研製的水-固-熱耦合大型三軸試驗系統進行水工混凝土結構水力劈裂試驗，研究高水壓作用下水工混凝土結構損傷起裂、裂縫擴展至失穩破壞過程；結合細觀損傷力學和巨觀斷裂力學理論，綜合試驗結果和理論推導，提出考慮滲流作用的混凝土D-K損傷斷裂準則；建立基於損傷-斷裂準則的水工混凝土結構水力劈裂數值模型，揭示高水壓作用下水工混凝土結構水力劈裂破壞的演化機理。項目創新主要包括：提出考慮滲流作用的水工混凝土D-K損傷斷裂判定準則；建立基於損傷-斷裂準則的水工混凝土結構水力劈裂數值模型。該項目旨在為水工混凝土結構的安全評價和運行維護提供理論依據。
結題摘要
高混凝土壩等水工混凝土結構常年在高水壓、高應力條件下運行，易發生水力劈裂破壞，而水工混凝土結構水力劈裂形成和破壞演化機理複雜。本項目基於混凝土材料和水泥砂漿兩種試件，開展了單軸受壓、雙軸受壓、四點彎曲彎矩等條件下的水力劈裂試驗，研究了不同應力狀態、荷載施加方式、初始裂縫開度和深度、化學侵蝕溶液溶度和歷時等對試件水力劈裂破壞過程的影響，分析了裂縫擴展路徑上縫內水壓演化規律，推導了縫內水壓力的計算公式，結合滲流力學和斷裂力學理論，提出水力劈裂裂縫擴展的損傷斷裂準則，考慮縫內水流與結構變形的耦合效應，建立水力劈裂數值分析模型。結果表明，在縫內水壓和軸壓作用下，試件裂縫尖端會產生應力集中，使得臨界劈裂水壓與軸壓的差值小於其劈拉強度；試件臨界劈裂水壓值與試件劈拉強度、軸壓均呈線性關係。雙軸受壓狀態下水力劈裂試驗試件破壞類型為非完全水力劈裂破壞，破壞造成的裂縫細微，未形成完全貫通試樣的連續裂縫。四點彎曲彎矩作用下，裂縫發展過程中的混凝土試件應變可分為線性段及指數段，當應變進入指數段時，試樣臨近破壞。較小的荷載增量即會打破穩態，促使裂縫失穩擴展。劈裂水壓與拉應力存在疊加效應，若最值作用位置相同，裂縫尖端應力集中現象明顯，易引起水力劈裂破壞。不同化學溶液侵蝕下，試件起裂臨界水壓力和劈裂臨界水壓力隨侵蝕時間的演化規律一致，均具有明顯的時間依賴性和階段性。通過楔形劈裂試驗算例和單裂縫水力劈裂算例數值模擬，論證了數值分析模型的合理性，模擬某高重力壩水力劈裂破壞過程。項目研究成果有效推動水工混凝土結構水力劈裂數值模型研究，可為水工程的安全評價和長效運行維護提供理論依據。
