复杂应力状态下大骨料混凝土力学特性的试验研究和分析

【摘要】： 在实际工程中，大多数混凝土建筑物，特别是水工大体积混凝土结构，如各种类型的重力坝和拱坝等，混凝土的大部分都处于明显的二轴或三轴应力状态。目前，对普通小骨料混凝土多轴应力状态下变形和强度的试验研究已经进行了很多，而针对水工上常用的大骨料混凝土大试件双轴和三轴的强度和变形试验，除了大连理工大学进行过很少量的全级配混凝土双轴拉压试验外，国内外均处于空白状态。本文通过试验比较了水工大骨料混凝土和湿筛混凝土在复杂应力状态下的强度和变形特征，并且通过数值模拟，研究了大骨料混凝土的破坏过程及其宏观力学响应特性。具体研究工作如下： (1)进行了三级配混凝土和湿筛二级配混凝土单轴拉、压试验，通过对国内外大量的大坝原级配混凝土单轴受力试验资料的回归分析，得出一系列反映大骨料混凝土单轴拉、压强度、峰值应变、拉压弹性模量之间相互关系的经验公式，可为工程的实际应用提供参考。用超声波测试了不同尺寸试件单轴加载过程中损伤和微裂缝的扩展规律，比较研究了骨料尺寸、骨料体积含量和试件尺寸等因素对混凝土损伤演变规律的影响。 (2)进行了三级配混凝土和湿筛二级配混凝土双轴拉压以及三轴拉压压的试验研究，总结了大骨料混凝土大试件双轴拉压以及三轴拉压压试验的几个技术要点，包括试验设计要点和试验操作要点。对试验结果进行回归分析，给出了主应力空间和八面体应力空间内大骨料混凝土在双轴拉压和三轴拉压压下的破坏准则。 (3)进行了三种骨料级配混凝土的双轴压试验研究，试验采用了两种加载方式，一种为双向比例加载；一种为保持一向恒定侧向压力的非比例加载。分析研究了两种加载方式下不同骨料级配混凝土的变形、破坏和强度特性，分别在主应力空间、主应变空间和八面体应力空间下建立了不同骨料级配混凝土的破坏准则。 (4)利用细观力学分析与试验相结合的方法，将细观上的大骨料混凝土看作三相非匀质复合材料，运用刚体弹簧元数值方法，研究大骨料混凝土单轴及多轴状态下的力学行为，并与实际试验结果进行对比比较。 (5)以Mazars的各向同性损伤模型和Valanis的内时理论模型为基础，考虑尺寸效应和骨料湿筛效应对损伤阈值和损伤演变规律的影响，在大量不同骨料级配混凝土试验数据的基础上，建立了一种全新的适用于不同骨料级配混凝土的内时损伤本构模型。