《岩石-混凝土界面裂縫擴展過程的非線性斷裂分析》是依託大連理工大學,由董偉擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：岩石-混凝土界面裂縫擴展過程的非線性斷裂分析
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：董偉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大型水工混凝土建築物的安全性是工程界極為關注的問題，以往的研究大多集中於混凝土的裂縫擴展，對於岩石-混凝土界面裂縫擴展過程的研究則很少。本項目擬採用試驗、理論分析及數值模擬，開展基於非線性斷裂力學的岩石-混凝土界面在拉剪應力下裂縫擴展全過程分析。首先通過試驗研究岩石-混凝土界面斷裂過程區軟化本構關係、界面斷裂參數，建立界面裂縫擴展準則。藉助圖像相關及高速攝像等現代測試手段，觀測岩石-混凝土界面斷裂破壞過程、界面裂縫張開及剪下位移，研究裂縫發展過程中尖端附近斷裂過程區的變化規律。建立外荷載、裂縫閉合力在裂縫尖端引起應力強度因子與開裂準則的關係，研究在複雜應力場下，裂縫尖端應力變化特徵。發展基於虛擬裂縫粘聚力的分離裂縫模型，結合理論分析實現對界面裂縫起裂、穩定擴展、失穩破壞的全過程模擬，並與試驗結果進行對比，進而將此成果套用於混凝土重力壩壩體與岩基界面的裂縫穩定性分析。
結題摘要
按照項目書的研究內容，對岩石-混凝土界面試件進行了軸向拉伸和三點彎曲梁試驗,研究粗糙度對界面斷裂特性的影響，建立了界面軟化本構關係。以界面粗糙度為參量，結合界面三點彎曲試驗所得的荷載-位移曲線，採用改進的J積分法計算裂縫擴展的能量損耗，建立了基於虛擬裂縫粘聚力能量守恆關係。通過歸一化擬合建立的撓度、裂縫張開寬度及裂縫擴展長度關係，最終確定了岩石-混凝土界面的拉伸軟化本構曲線，並提出指數型和雙線型的粘聚力表達式。本項目所得的界面軟化本構關係只與界面抗拉強度和斷裂能有關，可以套用於不同粗糙度界面的斷裂計算中。採用四點剪下型試件進行岩石-混凝土界面斷裂試驗，研究不同載入方式、縫高比、偏縫率下界面裂縫的擴展過程。試驗結果表明，處於界面中的裂縫將隨工況的不同呈現三種擴展模式：沿界面擴展、向岩石擴展以及沿界面擴展一段後轉向岩石擴展。採用界面斷裂力學的方法計算裂縫尖端應力強度因子，提出了能預測裂縫發展不同模式的界面裂縫擴展準則，結合之前試驗得到的岩石-混凝土界面的拉伸軟化本構曲線，進而通過有限元方法對四點剪下載入條件下界面裂縫擴展過程進行模擬，結果表明：在得到界面、混凝土與岩石的抗拉強度、斷裂能和起裂斷裂韌度後，可以採用本項目提出的方法預測裂縫擴展的不同模式，數值求解岩石-混凝土界面裂縫在Ⅰ-Ⅱ複合型應力場下的起裂荷載、極限荷載、裂縫擴展長度等斷裂參數，模擬裂縫擴展全過程。同時以本項目的研究內容為依託，對研究內容進行了擴展，作為界面裂縫擴展的特例，將本項目提出的裂縫擴展準則套用於混凝土材料的裂縫擴展研究，實現了混凝土裂縫擴展全過程的模擬，並在此基礎之上提出了基於起裂斷裂韌度的KR阻力曲線計算方法。對三點彎曲荷載條件下及限制收縮條件下的混凝土裂縫擴展進行了研究，通過對比P-CMOD曲線及混凝土開裂齡期，計算結果與試驗結果溫和良好，證明了本項目提出的方法不僅可以套用於界面的裂縫擴展，也可以用於單一介質的裂縫擴展研究，進一步擴展了成果的套用範圍。
