收藏本站
收藏 | 论文排版

基于颗粒离散元的混凝土水力劈裂细观模型及机理研究

李刘红  
【摘要】:混凝土结构不可避免地存在初始裂纹,当高压水作用时,初始裂纹可能会进一步扩展直至形成宏观裂缝,从而导致结构发生水力劈裂破坏。混凝土结构的水力劈裂问题已成为水利工程界关注的焦点之一,特别是近年来,我国陆续兴建了一批高混凝土坝(200m及以上),这些高坝的水力劈裂问题更加突出,因而有必要对该问题进行深入研究。本文基于颗粒离散元法建立了细观尺度混凝土水力劈裂流固耦合模型,该模型能够从细观角度反映模型的变化过程,在分析破坏机理方面具有显著优势。论文的主要工作和结论如下:(1)通过双轴压缩试验对设置了平行粘结的颗粒离散元模型进行了细观参数敏感性分析。结果表明,颗粒粒径比和颗粒刚度对模型宏观力学特性的影响较小;颗粒间摩擦系数对模型的初始弹模、峰值强度及峰值对应的应变均有较大影响;平行粘结的强度对模型峰值强度和峰值对应的应变具有显著影响;平行粘结的刚度主要对模型的初始弹模产生影响;平行粘结刚度比对模型的初始弹模、峰值强度及应变软化阶段均有显著影响;增大平行粘结半径系数,模型的初始弹模和峰值强度均有显著提高。该研究为标定混凝土模型的细观参数取值提供了依据。(2)改进了不规则形状骨料的生成方法,针对骨料内部、砂浆内部以及骨料与砂浆界面分别选取3组不同的平行粘结参数值,建立了混凝土三相细观模型。通过多次单轴抗压强度试验不断调整参数值,最终标定了C25混凝土对应的细观参数取值,试验结果表明,本文建立的混凝土三相细观模型能够较好地模拟C25混凝土的力学特性,可用于开展混凝土的水力劈裂试验。(3)对原有的颗粒离散元流-固耦合模型进行了改进,创建了独立的管道链表,将管道分为骨料内部、砂浆内部及界面区3种类型,体现了混凝土非均质的特性;计算及更新各流体域的体积,更加全面地考虑了流固耦合的效应。采用改进后的流固耦合模型模拟了混凝土内的渗流过程,将结果与文献对比,验证了该模型能够较好地反映混凝土内的渗流规律,可进一步用于混凝土的水力劈裂数值试验。(4)根据室内试验的混凝土水力劈裂模型及边界条件,开展了混凝土三相细观模型水力劈裂试验。试验结果表明:不同轴压作用下,临界劈裂水压随轴压的增加而增大,且两者呈线性关系;当模型的预制裂缝与轴压垂直时,裂缝均沿初始裂缝方向延伸,模型发生水力劈裂破坏的细观力学机理为法向张拉破坏。在此基础上,对带有Ⅰ-Ⅱ复合型预制裂缝的模型进行了水力劈裂试验,从细观角度揭示了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝发生水力劈裂的主要原因依然是,颗粒间的平行粘结发生了法向张拉破坏。相同轴压作用下,裂缝角?=0°时的临界劈裂水压最低;裂缝角在0~60°之间时,临界劈裂水压随裂缝角的增加而增大;裂缝角?=90°时,临界劈裂水压略低于裂缝角?=60°所对应的值。本文所采用的颗粒离散元模型通过粘结的破坏类型可从细观角度揭示水力劈裂破坏的力学机理,因而可进一步用于分析更加复杂的情况,为混凝土水力劈裂的研究提供新途径。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 李忠献;刘泽锋;;混凝土动态本构模型综述[J];天津大学学报(自然科学与工程技术版);2015年10期
2 蒋明镜;廖兆文;张宁;;混凝土硫酸盐侵蚀离散元模拟初探[J];水利学报;2014年S2期
3 邓子胜;混凝土和土的本构模型[J];五邑大学学报(自然科学版);2002年02期
4 曾桂林;何飞;王飞;;盐渍土路基的离散元模型及破坏响应研究[J];路基工程;2010年02期
5 王学志;张小刚;宋玉普;吴智敏;;多裂纹混凝土等效断裂模型研究[J];水力发电;2006年02期
6 姚家伟;孙士勇;陈浩然;;混凝土多轴非线性本构模型的研究[J];混凝土;2011年04期
7 曹明兰;陈淮;杨伟军;黄侨;;混凝土桥梁劣化模型研究[J];中外公路;2008年01期
8 吴昊;杨亚罗;;振动给料机的离散元接触模型及研究[J];矿山机械;2011年02期
9 郝建军;龙思放;李建昌;马志凯;赵晓顺;赵建国;李浩;;麻山药种植田沙壤土流动性离散元模型颗粒放尺效应[J];农业工程学报;2020年21期
10 蔡业彬,陈再良,周筑宝;一种新的可用于混凝土疲劳研究的非线性累积损伤模型(英文)[J];茂名学院学报;2001年03期
11 魏龙海;陈春光;王明年;陈炜韬;;三维离散元模型及计算参数选取研究[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2008年04期
12 段巍;张孟喜;;煤矸石推剪试验的颗粒离散元细观模拟[J];上海大学学报(自然科学版);2012年05期
13 张衡;魏德敏;;考虑温度影响的混凝土微观断裂模型[J];工程力学;2010年10期
14 李博平;张宗国;廖小烽;张笈玮;杨辉;;施工应用背景下混凝土风洞工程BIM模型创建研究[J];施工技术;2014年21期
15 陈谦应;黄莘;;混凝土强度人工神经网络预测模型[J];公路交通技术;1999年04期
16 过镇海,郭玉涛,徐焱,叶献国,李伟政;混凝土非线弹性正交异性本构模型[J];清华大学学报(自然科学版);1997年06期
17 熊益波;陈剑杰;胡永乐;;混凝土Johnson-Holmquist本构模型灵敏参数的初步确认[J];兵工学报;2009年S2期
18 曹明莉;王立久;;基于集浆比的混凝土水泥石模型研究[J];武汉理工大学学报;2006年06期
19 王立强;王元战;蔡惊涛;;海洋环境下混凝土中氯离子侵蚀组合模型[J];水运工程;2009年12期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 魏华敬;尹宏伟;;褶皱冲断带形成演化机理探讨——离散元数值模拟实验[A];2019年中国地球科学联合学术年会论文集(三十)——专题81:地球磁场及地磁异常变化现象、专题82:资源环境的构造物理化学机理、专题83:深地资源勘查开采年度进展[C];2019年
2 刘凯欣;刘维甫;成名;;连续介质离散元模型的构建及其应用[A];计算爆炸力学进展[C];2006年
3 沈新普;许运坤;胡博修;;混凝土准脆性界面裂纹本构模型的比较研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
4 蒋垚;李艳洁;;沙土直剪试验的离散元分析[A];北京力学会第二十二届学术年会会议论文集[C];2016年
5 许子璇;祁荷音;张大旭;;基于离散元的膜结构褶皱效应数值模型研究[A];第十六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2016年
6 张煜航;张杰;王志勇;李志强;王志华;;混凝土三维细观模型的建模方法与动态力学特性分析[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(下)[C];2018年
7 毛奕霖;徐春晖;徐泳;;存在填隙流体时颗粒离散元静态液桥力近似计算公式[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
8 陈乾浩;胡敏云;张明杰;张冬生;;砂土地层复合土钉墙变形特性离散元数值模拟[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
9 孙明伦;雷爱中;;混凝土中水泥水化模型的分析[A];水工大坝混凝土材料和温度控制研究与进展[C];2009年
10 张国强;王桂萱;赵杰;裴强;;海底隧道的三维离散元稳定分析[A];隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
11 熊益波;陈剑杰;胡永乐;;混凝土Johnson-Holmquist本构模型灵敏参数的初步确认[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
12 赵仕威;周小文;刘文辉;刘攀;;考虑颗粒棱角影响的直剪试验的离散元模拟[A];中国土木工程学会第十二届全国土力学及岩土工程学术大会论文摘要集[C];2015年
13 张国强;王桂萱;赵杰;裴强;;海底隧道的三维离散元稳定分析[A];隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用——隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
14 孙其诚;王光谦;;斜面颗粒流的离散元模拟[A];中国科学技术协会2008防灾减灾论坛论文集[C];2008年
15 赵坤;;浅谈混凝土裂缝成因与控制[A];黑龙江省科学技术应用创新专业委员会科技创新研讨会2016年1月会议论文集[C];2016年
16 张建国;李晓;张波;;浅谈混凝土表面破损及裂缝维修[A];2017年7月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2017年
17 李武科;;混凝土质量的影响因素与施工技术分析[A];2017年8月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2017年
18 李广生;;浅谈混凝土质量管理[A];2015年8月建筑科技与管理学术交流会论文集[C];2015年
19 张瑜;;混凝土裂缝的成因与控制[A];山西省第十二届青年优秀水利科技论文选集[C];2015年
20 姚燕;;重大工程水泥与混凝土关键技术研究和应用[A];第二届公路工程混凝土与外加剂应用技术研讨会报告集[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 邵帅;基于离散元—有限元耦合法的有砟铁路结构动力特性分析及试验验证[D];大连理工大学;2017年
2 韩宇栋;现代混凝土收缩调控研究[D];清华大学;2014年
3 曹明莉;混凝土架构模型研究[D];大连理工大学;2009年
4 刘赞群;混凝土硫酸盐侵蚀基本机理研究[D];中南大学;2010年
5 李飞;混凝土早期约束应力发展与松弛过程研究[D];清华大学;2009年
6 李美利;混凝土潮湿养护效率的电阻率评价方法研究[D];重庆大学;2011年
7 张磊;添加高吸水性树脂混凝土相关性能与绿色施工应用研究[D];天津大学;2016年
8 龚灵力;自密实混凝土性能及混凝土多场耦合时变性分析研究[D];浙江大学;2010年
9 张登祥;混凝土早期收缩开裂理论与控制技术及其在桥梁工程中的应用研究[D];长沙理工大学;2010年
10 李荣涛;高温下混凝土中化学—热—湿—力学耦合过程的数值模拟及破坏分析[D];大连理工大学;2007年
11 张国辉;不同水压力环境下混凝土力学特性研究[D];西北农林科技大学;2017年
12 侯东伟;混凝土自身与干燥收缩一体化及相关问题研究[D];清华大学;2010年
13 王军;相变控温混凝土的理论基础研究和制备[D];武汉理工大学;2011年
14 苏捷;混凝土受压与受拉性能的尺寸效应研究[D];湖南大学;2013年
15 黄煜镔;混凝土脆性与力学参数的尺寸效应及其相互关系的研究[D];重庆大学;2002年
16 尹健;高性能快速修补混凝土的研究与应用[D];中南大学;2003年
17 金祖权;西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[D];东南大学;2006年
18 谢小利;混凝土中氯离子的扩散和分布行为及其影响因素研究[D];广西大学;2020年
19 武明鑫;混凝土动力冲击性能试验与细观数值仿真研究[D];清华大学;2015年
20 许惠敏;基于环境与荷载因素的混凝土率效应及破坏机理试验研究[D];武汉理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 李刘红;基于颗粒离散元的混凝土水力劈裂细观模型及机理研究[D];西北农林科技大学;2020年
2 冯西成;采用黏性颗粒接触模型的黏性土离散元数值模拟研究[D];大连理工大学;2020年
3 向科铭;三轴加载条件下的混凝土边界面模型的研究[D];北京交通大学;2008年
4 林斯瀚;道砟形态特征研究及其在离散元模型中的应用[D];昆明理工大学;2019年
5 尹秋月;粘结离散元快速前处理算法及细观力学参数的选取[D];天津大学;2018年
6 余洁冰;离散元与有限元面内耦合算法的研究及应用[D];华南理工大学;2011年
7 孙鹏;基于离散元理论的振动筛分过程数值仿真研究[D];昆明理工大学;2012年
8 王玮;基于离散元的松散堆积体高边坡稳定性研究[D];重庆交通大学;2016年
9 赵丽红;混凝土弹—粘塑性动力本构模型及其在有限元分析中的应用[D];河海大学;2005年
10 冯君夫;铁路道砟力学性能的离散元分析及试验验证[D];大连理工大学;2016年
11 冯启飞;基于离散元理论的旋回破碎机破碎性能分析及腔型优化[D];湖南大学;2014年
12 宋进平;混凝土表层与内部性能差异的研究[D];昆明理工大学;2019年
13 邢峻伟;考虑应变速率影响的混凝土拉压本构关系研究[D];河北联合大学;2012年
14 周小菲;混凝土抗开裂性能的评价方法与影响因素研究[D];清华大学;2011年
15 蒋平江;西北地区混凝土开裂原因分析及其防治技术应用研究[D];长安大学;2010年
16 杜清华;混凝土的现代建筑艺术表现[D];西安建筑科技大学;2007年
17 郑仁健;二次振动与混凝土强度特性研究[D];华中科技大学;2004年
18 李艳洁;堆积问题的离散元模拟—实验研究[D];中国农业大学;2005年
19 董学佼;磁化水拌制混凝土研究[D];大连理工大学;2001年
20 左建航;粗骨料粒径对混凝土早期受扰性能的影响[D];燕山大学;2020年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 拓玲;市区工地严禁现配混凝土[N];西安日报;2013年
2 驻山东记者 张运科;山东推广济南市混凝土质量监管经验[N];中国建材报;2021年
3 舒圣祥;铁块替代混凝土,检测乱象何时休[N];嘉兴日报;2021年
4 本报记者 吴跃 袁岚;混凝土插上“自愈合”翅膀[N];中国建材报;2019年
5 李睿明;混凝土的前世今生[N];中国建设报;2020年
6 朱斌 张敏 周瑾亮;建屋造楼:百年大计从混凝土质量抓起[N];常州日报;2020年
7 本报记者 李治国;世界最大规模3D打印混凝土步行桥落成[N];经济日报;2019年
8 中房报记者 高欣;自主研发!全球最大规模混凝土3D打印步行桥在上海落成[N];中国房地产报;2019年
9 本报通讯员 唐瑭 本报记者 蔡姝雯 杨频萍;锤炼“混凝土世界”里的坚与韧[N];新华日报;2019年
10 陈钰月;青海省预拌混凝土质量将实现数字化管理[N];中华建筑报;2019年
11 北京建工新材公司建恒站副经理 周晓明;混凝土里到底能掺啥[N];中国建材报;2019年
12 沈德良;谁让劣质混凝土流入市场[N];湖南日报;2019年
13 娄辉 中国青年报·中青在线记者 洪克非;长沙启动“混凝土事故”问责调查[N];中国青年报;2019年
14 本报记者 黄军;每吨混凝土一份绿贡献[N];贵州日报;2018年
15 本报记者 刘偶;“超大混凝土盒子”可隔离辐射[N];首都建设报;2018年
16 记者 苏东华;混凝土实现“绿色”生产[N];绵阳日报;2018年
17 杜孟贤;浙江省青田县混凝土使用量保持快速增长[N];中华建筑报;2017年
18 记者 常丽君;“生物混凝土”可自动修复裂缝[N];科技日报;2015年
19 周久意;混凝土恋上家具掀起最炫混搭风[N];中华建筑报;2014年
20 朱青;透明混凝土 建造玻璃房[N];北京科技报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978