常温养护条件下活性粉末混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

通过常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能试验,优选3组配合比进行硫酸盐干湿循环侵蚀试验,从质量和抗压强度两个方面分析活性粉末混凝土的损伤劣化程度。试验结果表明:随着干湿循环时间的增加,活性粉末混凝土的质量和抗压强度损失率均呈现先缓慢增长后缓慢降低的趋势;同时,掺入适量的粉煤灰和硅灰,可以较好的发挥二次反应,改善试件的结构性能,提高试件密实度,增强抗侵蚀性能。配合比最优的一组活性粉末混凝土,质量损失率由-1.5%到0.2%,抗压强度损失率由-1.0%到3.3%,其质量和抗压强度损失率都较为理想,前期出现质量和抗压强度不减而增的现象,后期虽有减小但是很微弱。在饱和硫酸钠溶液的侵蚀活性粉末混凝土的基础上建立腐蚀损伤模型,即试件的抗压强度损失率与侵蚀介质浓度和侵蚀时间成正比,计算和试验结果基本吻合。     

硫酸盐侵蚀作用下纳米混凝土力学特性及微观结构劣化机制研究∗

硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一，特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下，掺纳米 SiO₂和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性，并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明：随着纳米 CuO 掺量的提高，混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低；当纳米 SiO₂掺量增加时，混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土，掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时，对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量，纳米 SiO₂和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%（质量分数）。此外，纳米材料具有桥接和填充效应，能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度，进而提高混凝土的力学性能。     

饱和混凝土单轴拉伸动态统计损伤本构模型

饱和混凝土中孔隙自由水的存在对材料的力学性能有显著的影响,动态工况中主要表现为自由水的粘性效应,且该效应随细观损伤引起的微裂纹密度的改变而变化。本文结合太沙基"有效应力原理",建立了饱和混凝土考虑动态应变率效应的单轴拉伸统计损伤模型,将材料宏观力学性能同细观损伤机理有机地结合起来,综合考虑了动态条件下惯性效应和自由水粘性效应的影响,认为材料自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观损伤演化过程的改变;水的粘性效应则调整了混凝土基体的受力状态。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测等应变率加载情况下饱和混凝土材料均匀损伤阶段的动态拉伸本构行为,形象地描述了饱和混凝土材料动态损伤演化机制。     

氯盐⁃硫酸盐环境下钢筋混凝土柱抗震性能退化过程的数值模拟∗

针对氯盐-硫酸盐环境中钢筋混凝土构件抗震性能的劣化问题,利用Fick定律、离子浓度与材料损伤的拟合关系,确定了硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤本构模型,根据氯盐环境下钢筋锈蚀特征及法拉第定律建立了钢筋截面积损失时变模型,并通过OpenSees软件分析了柱构件在侵蚀环境中抗震性能的退化情况。结果表明:随着服役时间的增加,柱的受压、受弯承载力及刚度逐渐退化,构件的延性、滞回耗能能力先增大后减小;服役初期,增大轴向力能够提高构件受弯承载力,但服役超过一定时间后,该作用不明显;整个服役周期内,轴向力的增大都将造成构件弹塑性变形能力降低,故高轴向力作用下,构件的延性、滞回耗能能力均降低。     

基于混凝土细观结构的钢筋混凝土结构耐久性分析

根据观测水平的不同,混凝土的数值分析尺度通常分为宏观、细观和微观三个层次。由于混凝土各相组成材料孔隙结构的差异性,特别是荷载作用下裂缝和微裂缝的出现,进一步增加了混凝土材料的非均匀性,因此采用基于宏观均质假定的分析方法将无法模拟材料的内部结构。在细观层次上,混凝土看作由硬化水泥浆体、骨料及其界面黏结带组成的三相复合材料。基于混凝土的细观结构,本文提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型。该模型运用Voronoi技术划分网格的随机性特点,在网络模型中随机产生裂缝的位置及方向,采用不同类型单元来描述混凝土各相组成材料的扩散性能。通过对开裂混凝土内氯离子扩散过程的数值分析表明,基于混凝土细观结构的数值分析方法是开展钢筋混凝土结构耐久性分析的有效手段。     

普通硅酸盐混凝土高温性能劣化分析模型∗

混凝土材料的高温力学性能劣化规律是混凝土结构防火设计及灾后评估的重要依据。基于普通硅酸盐混凝土材料内部各组分在高温作用下的微观物理化学变化,研究了硬化水泥浆中水化物高温分解和骨料材料性能的劣化过程,揭示了混凝土在高温作用下宏观力学性能劣化的机理,建立了用于描述普通硅酸盐混凝土高温力学性能劣化规律的分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。利用FLAC3D软件中的FISH语言开发了相应的计算程序,并用于分析混凝土试块在不同温度和时间作用下材料抗压强度和弹性模量等随温度的劣化规律,与现有试验结果对比表明模型能够合理反映混凝土在高温作用下材料性能的劣化过程。     

混凝土受拉动态破坏过程的细观数值方法研究

混凝土在宏观层次上属于各向同性材料,但在细观层次上可视为由粗骨料、砂浆以及二者界面组成的三相非均质复合材料。混凝土是一种典型的率敏感材料,不同应变率水平下存在不同的强度增长机制。从混凝土细观结构出发,提出了混凝土动态受力分析的刚体弹簧元(Rigid Body Spring Model,RBSM)方法,通过建立混凝土细观各相组成材料的粘弹塑性损伤本构模型,充分考虑Stefan效应在中低应变率水平下对混凝土力学性能的影响,模拟了混凝土的强度增长规律。对砂浆、混凝土试件的单轴受拉动态破坏分析表明,本文建立的动态弹簧元模型能较好地模拟混凝土强度随应变率增长而提高的规律,而且能够跟踪加载过程中混凝土内部的裂缝开展过程和最终破坏形态。     

锅炉脱硫系统烟气换热器堵塞故障分析及处理

抗滑桩在滑坡治理中应用得比较广泛,确保抗滑桩的耐久性至关重要,抗滑桩混凝土中性化程度是影响其耐久性的重要因素。通过酸雨侵蚀与应力耦合作用下的模型试验,探讨了混凝土受酸雨侵蚀后强度和中性化深度的变化情况。分析结果显示:在酸雨侵蚀作用下,抗滑桩混凝土抗压强度先增大,然后逐渐减小;应力作用下,抗滑桩混凝土中性化深度与无应力时有很大区别,弯曲拉应力作用下的混凝土中性化深度大于无应力状态下的中性化深度,弯曲压应力下的中性化深度小于无应力下的中性化深度,应力水平的大小将影响到中性化深度的大小。     

无侧限压缩条件下重塑土微观结构研究∗

近年来,基坑、隧洞等开挖工程中的卸载作用导致软土结构破坏,进而引起过大侧向变形的工程事故越来越多。土体所表现出来的各种变形及强度特性是其内部微观结构要素调整和演化的综合反映。为了研究结构遭到扰动破坏的软土在无侧限压缩变形后的微观结构特征,将原状软土重塑成不同含水率土样,在不同轴向应力作用下压缩变形稳定后,对土体微结构进行定性和定量分析,探讨无侧限条件下土体的微观结构与宏观变形的相关机理。研究结果表明,软土重塑样的微观结构主要以分散结构和絮凝结构为主,单元体之间多有架空,土体颗粒的接触方式以边-面和面-面接触为主。在无侧限压缩条件下,随着轴向应力和试样含水率的增大,试样的表观孔隙比减小,孔隙形状变得扁平狭长,孔隙的有序性和定向性增强。不同位置的定向性不同,在水平方向上,靠近试样边缘处的土颗粒定向性和有序性更强;在竖直方向上,靠近试样中间位置的土颗粒定向性更强。     

潮差环境下混凝土氯离子扩散时变性与孔隙分形特征的关系

通过人工气候模拟潮差区氯离子环境下混凝土的暴露试验,测定了不同暴露时间后的混凝土自由氯离子浓度,分析了其扩散系数及其时变性;以MIP法测定了不同暴露时间下混凝土的总孔隙率和孔径分布等孔隙特征参数,分析了其时变性;研究了潮差环境下混凝土扩散系数与孔隙微观参数的时变性关系,混凝土孔表面分形维数与扩散系数的关系。结果表明:在模拟潮差环境下,随着暴露时间的延长,混凝土氯离子扩散系数和总孔隙率均逐渐减小,而孔表面分形维数逐渐增大;不同暴露时间后,混凝土氯离子扩散系数与其各级孔隙率有较好的相关关系;混凝土不同孔径范围的孔表面分形维数与其氯离子扩散系数之间的相关性不同,其中以孔径范围为100~1000 nm的大毛细孔的孔表面分形维数相关性最高。     

水‑力作用下黏土孔隙结构演化规律研究进展∗

黏土的微结构直接决定宏观水?力学特性，然而现阶段绝大多数模型都是基于宏观参数所建立，由于缺乏微观机制的支撑，己经难以满足科研和工程需求。因此开展孔隙结构演化研究可以加深对非饱和土复杂水?力学特性的认识。在详细阐述黏土的孔径分布特征及双孔模型的基础上，全面回顾和总结了近年来水?力作用下黏土孔隙结构演化规律的研究成果与最新进展，并进行了相关讨论。结果表明：考虑颗粒集聚体的双孔模型（集聚体间孔隙与集聚体内孔隙）可以更好地解释黏土复杂的水?力学特性。水?力作用对黏土孔隙结构的影响机制不同，根据文献试验数据和理论分析初步总结出水?力作用下土孔隙结构的演化规律。外力荷载只显著影响集聚体间孔隙，对集聚体内孔隙基本不影响；含水率变化会改变土颗粒相对位置，继而影响这两类孔隙结构，但是土水相互作用复杂，导致含水率变化对土孔隙结构影响机制仍不清晰，并且没有统一认识。鉴于此，在研究土水相互作用对微观孔隙影响时应充分考虑物理?化学作用，并构建微观孔隙结构演化与宏观变形的定量关系，这也是今后需要深入研究的方向。     

模拟酸雨侵蚀环境下普通混凝土腐蚀机理及时效性能研究进展

为深化对酸雨侵蚀环境下混凝土腐蚀机理及时效性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理;归纳总结了已有酸雨侵蚀混凝土理论模型;梳理了酸雨单因素作用、酸雨-环境因子耦合作用、酸雨-荷载作用及酸雨-环境因子-荷载作用4种环境下混凝土材料物理力学性能演变过程的最新进展及研究不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明：考虑酸雨离子成分交互作用的酸雨腐蚀混凝土机理尚未清晰,已有酸雨侵蚀混凝土理论模型缺乏扩展性,酸雨侵蚀作用下混凝土时效性能虽取得一定成果,但室内加速试验规范尚未统一,且多忽略了实际混凝土结构承载状态及服役环境的复杂性及时变性,所获混凝土物理力学性能依时变化规律仅适用于特定试验环境,同时由于试验工况单一导致试验数据匮乏,对混凝土-酸雨-环境因子-荷载相互作用机制揭示不足,仍需增设试验工况,扩大试验延度,加强混凝土细观结构演变及微观化学分析,进一步探索酸雨侵蚀混凝土机理,改进混凝土时效性能量化指标及评价体系,完善混凝土-酸雨-环境因子-荷载多场关联下混凝土时效性能研究。     

黄土震陷的微结构损伤模型

黄土是典型的结构性土,微结构控制其力学性能和强度要求。通过黄土震陷实验和微结构电镜扫描实验,应用统计细观损伤力学深入研究了考虑微结构要素的黄土震陷的内在破坏机理,得到了黄土震陷的结构损伤模型和本构关系。将计算结果与实验结果进行了比较,结果表明,应用统计细观损伤力学研究黄土震陷机理具有较高的合理性,黄土震陷主要是由其独特的架空孔隙结构破坏和土体颗粒掉入孔隙所致,与其动应力状态和孔隙分布有很大关系。     

筑坝反滤料动模量和阻尼比试验的颗粒流模拟

以筑坝反滤料的室内中型动三轴试验结果为基础,运用离散单元法中的二维颗粒流方法建立了轴对称数值试样模型,通过控制加荷过程中试样体积不变的方法,模拟了不排水加载条件下反滤料的动模量和阻尼比试验。调整颗粒的细观接触参数,与真实试验结果进行比较分析,在得到符合实际结果的宏观力学响应的同时,分析了配位数、孔隙率和超孔隙水压的变化,并从微观角度对动三轴试验进行了探讨。讨论了固结比和密实度对动模量的影响,认为粗粒反滤料的固结比对最大动模量的影响比较符合H ard in推导公式的结果。结果表明,颗粒流方法可以较好地模拟反滤料的动模量和阻尼比试验,试验过程中微观方面的表现也符合实际室内试验的规律。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

基于分形维数的高速铁路“微膨胀性”泥岩微观孔结构分析∗

微膨胀性泥岩严重影响高速铁路的平稳运行,为研究压实作用对高速铁路微膨胀性泥岩微孔隙结构的影响,采用冻干法将压片机制备的不同干密度的试样进行干燥,应用压汞仪定量测定其孔隙分布特征。研究结果表明:随着试样干密度及进汞压力的增大,试验界限进汞压力逐渐增加,最大进汞量逐渐减小;不同干密度试样的孔隙特征分布曲线均呈现出明显的三峰特征,据此将试样孔隙分为大孔、中孔和小孔三类;采用与研究土体粒径级配类似的方法对孔隙的分布进行了分析,发现不同干密度的试样,小孔隙占比均较大;压实作用对大孔隙影响显著;采用Menger海绵模型及热力学关系模型对泥岩孔隙结构的分形特征进行了研究,研究发现泥岩干密度越大,泥岩孔隙内壁越粗糙,孔隙结构越复杂。研究成果可为膨胀泥岩地区高速铁路修建提供参考依据,对该地区同类工程建设具有借鉴意义。     

爆炸荷载下土石坝动力响应特征的数值模拟

土石坝在爆炸荷载下的力学响应是一个非常复杂的力学问题,相关研究甚少。在LS-DYNA软件框架内,以两河口土石坝为研究对象,把坝体材料简化为混凝土、心墙、反滤层与堆石体等4种,用500 kg TNT在坝顶接触爆炸时的瞬态荷载作为荷载源,针对不同材料建立适合于爆炸高加载率特征的本构模型,用数值方法分析了土石坝在潜在爆炸荷载下的破坏与损伤演化规律。结果表明,在爆炸荷载作用下,由于土石坝材料组成的多样性,应力波传播规律异常复杂,土石坝的力学响应呈现出显著的分区特征。     

玻璃球动弹性模量特性试验和数值模拟研究

堆石料颗粒形状较为复杂,且存在明显的颗粒破碎特征。为剔除颗粒形状对堆石料动力特性的影响,在不考虑颗粒破碎的情况下,采用玻璃球模拟堆石料进行动三轴试验,分析了试验围压对玻璃球动弹性模量的影响。基于动三轴试验成果,开展了细观数值模拟研究。研究表明:玻璃球的动弹性模量变化规律与堆石料的基本一致;三维颗粒流方程能较好地模拟该材料的动弹性模量特性;随着粗细颗粒直径跨度增大,试样级配关系增强,最大动弹性模量随之增大;细颗粒直径变小和粗颗粒直径变大都将引起最大动弹性模量的增大。试样的动弹性模量随着细观剪切模量的增大而增大,近似为幂函数关系,动应变降低。     

考虑塑性应变及损伤阈值的混凝土冻融损伤本构模型研究

根据不同冻融循环次数下的混凝土应力—应变全曲线特性,研究了损伤变量的变化规律,并建立了冻融后混凝土损伤演化方程,探讨了损伤阈值对混凝土冻融损伤本构模型的影响。将统计学方法与细观力学方法结合,采用平行杆模型模拟混凝土等脆性材料单轴受压的损伤演化规律,在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阈值参数,提出了考虑塑性变形的混凝土损伤本构方程。该模型可以较好地反应混凝土在受载初期时的力学特性。结合试验结果,求解出模型中的参数,并与试验结果对比分析,验证了所提出模型的合理性。     

硫酸盐与冻融环境下混凝土损伤破坏准则研究

为了有效评估硫酸盐与冻融环境下混凝土力学性能,通过试验研究了硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下的混凝土力学性能退化规律,并基于连续损伤力学理论和Ottosen四参数破坏准则,建立了考虑冻融循环次数的混凝土损伤破坏准则。结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,混凝土拉压子午线逐渐向静水压力轴移动,劣化混凝土破坏面随损伤增加逐渐收缩,混凝土抗裂性能降低。硫酸盐溶液种类对混凝土拉压子午线影响明显,在相同冻融循环时间内,硫酸镁溶液中混凝土拉压子午线收缩程度更加明显,说明硫酸镁溶液中混凝土劣化损伤更严重。