混凝土——巖體兩體損傷破壞及變形規(guī)律的研究.pdf

1、在大型土木工程建造和運(yùn)營過程中，工程體與地質(zhì)體的相互作用一直是土木及巖土工程穩(wěn)定性研究的一個基本問題。本文采用實(shí)驗(yàn)研究、理論分析相結(jié)合的方法，對混凝土、砂巖、混凝土現(xiàn)澆在砂巖上的一體兩介質(zhì)和混凝土放置砂巖上的兩體兩介質(zhì)四種模型在單軸壓縮和單軸循環(huán)荷載作用下的變形、損傷破壞及聲發(fā)射等相關(guān)問題進(jìn)行了研究。 文中對四種模型進(jìn)行了單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，在壓縮實(shí)驗(yàn)的同時，使用了聲發(fā)射儀器實(shí)時記錄試件破壞過程中的聲發(fā)射信號。發(fā)現(xiàn)一體兩介質(zhì)模型是連續(xù)

2、性介質(zhì)，兩介質(zhì)協(xié)同橫向變形，最終一起破壞，試件表面出現(xiàn)從混凝土至巖石貫通連續(xù)的宏觀裂紋，加載初期有少量聲發(fā)射，在荷載加至峰值載荷20％左右開始大量出現(xiàn)聲發(fā)射活動，繼續(xù)加載，裂紋擴(kuò)展緩慢，聲發(fā)射率較低，在外力達(dá)到峰值載荷70％左右，聲發(fā)射活動顯著；兩體兩介質(zhì)模型是不均勻非連續(xù)介質(zhì)，裂紋的擴(kuò)展被兩介質(zhì)的界面所阻斷，在光滑界面的情況下兩種介質(zhì)的環(huán)向應(yīng)變各自發(fā)展、差距非常大，加載初期有少量聲發(fā)射產(chǎn)生，繼續(xù)加載，裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展，聲發(fā)射率較低，在載荷

3、達(dá)到峰值荷載的75％左右，聲發(fā)射活動顯著增加。 由于聲發(fā)射是裂紋開展時釋放出來的彈性波，聲發(fā)射信號能作為衡量損傷發(fā)展的度量，本文首次提出使用“歸一化”的聲發(fā)射count累積數(shù)作為損傷變量D，并在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，通過對混凝土的理論分析驗(yàn)證了其合理性。 文中進(jìn)一步使用“歸一化”的聲發(fā)射count累積數(shù)作為損傷變量D來分析混凝土、砂巖、一體兩介質(zhì)模型和兩體兩介質(zhì)模型，得出其損傷演化曲線與方程；發(fā)現(xiàn)前三者為連續(xù)體，其損傷演化分

4、為三個階段，而后者為不連續(xù)體，損傷演化分為四個階段；并代入損傷一維彈性本構(gòu)得出四種模型的本構(gòu)方程，所得應(yīng)力一應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)應(yīng)力—應(yīng)變曲線吻合性較好，即驗(yàn)證了用“歸一”化的聲發(fā)射count累積數(shù)作為損傷變量的正確性，從而建立起了聲發(fā)射參數(shù)與損傷變量之間的關(guān)系。本文對四種模型進(jìn)行了單軸循環(huán)壓縮實(shí)驗(yàn)，并使用聲發(fā)射儀器采集實(shí)驗(yàn)過程中的聲發(fā)射信號，發(fā)現(xiàn)四種試件的每次加載曲線與卸載曲線都不重合，形成一個塑性滯回環(huán)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，塑性滯回環(huán)愈來

5、愈靠近。在相同的加載條件下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，一體兩介質(zhì)模型和兩體兩介質(zhì)的彈性模量都逐漸減小、泊松比都逐漸增大、殘余變形都逐漸增大，而一體兩介質(zhì)模型的彈模減少量、泊松比增量、殘余變形增量、損傷變量增量都比兩體兩介質(zhì)模型的小。一體兩介質(zhì)模型的聲發(fā)射從第二次循環(huán)之后就大量減少，第六次循環(huán)后幾乎不產(chǎn)生聲發(fā)射，直到最后一次循環(huán)又產(chǎn)生少量聲發(fā)射，而兩體兩介質(zhì)模型的聲發(fā)射雖然也從第二次循環(huán)之后就大量減少，但之后每一次循環(huán)都在接近上限應(yīng)力附近產(chǎn)生少