碾压混凝土细观结构力学性能的数值模拟论文

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1、碾压混凝土细观结构力学性能的数值模拟论文摘要：本文在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的粘结带构成的两相非均质复合材料，以随机骨料模型代表碾压混凝土的细观结构，采用有限元技术模拟了劈拉试件的开裂过程，所得碾压混凝土的劈拉强度与试验结果基本吻合。为碾压混凝土破坏机理的研究、碾压混凝土力学性能的数值模拟提供了新的技术途径。关键词：细观复合材料随机骨料模型有限元破坏机理强度碾压混凝土是一种可用土石坝施工机械设备运输及铺筑，用振动碾压实的干硬性混凝土，我国从1978年开始对碾压混凝土筑坝技术进行研究，在大量试验研究的基础上，将其广泛应用于实际工程.fre

2、el的坑口碾压混凝土重力坝。目前，我国已建、在建碾压混凝土坝约43座１。碾压混凝土材料性能的研究是碾压混凝土筑坝的关键技术课题之一，碾压混凝土材料力学行为的研究，大都建立在试验的研究基础上，需要花费大量的人力、物力，所得试验成果还受试验条件的限制。本文拟采用随机骨料模型２及数值模拟技术，在细观层次上探索碾压混凝土细观结构与宏观力学性能的关系。1随机骨料模型的形成本文假定已知级配的骨料其颗粒形状为球形，按骨料达到最优密实度条件的Fuller三维级配曲线，其级配曲线表达式为３：Y＝(D0/Dmax)1/2(1)式中：Y为骨料通过直径为D０筛孔的重量百分比；Dmax为最大骨料颗粒

3、径。Pa抗拉强度ft/MPa弹性模量E/GPa泊松比μ水泥砂浆层面25.02.526.00.22水泥粉煤灰砂浆25.02.526.00.22骨料80.010.035.50.16粘结带22.01.525.00.163数值模拟结果归纳及分析3.1碾压混凝土试件受劈拉的开裂过程为了模拟开裂过程，取单宽厚度的试件断面进行研究，每级荷载增量较小，共分10级施加。图3为试件受劈拉时的开裂过程。从图3可以看出，在试件受劈拉时裂缝先沿粘结带扩展，最后沿碾压混凝土的层面破坏，且裂缝的扩展方式不是连续的，即所谓的裂缝面桥现象１０，与试件破坏状态相似。3.2碾压混凝土的劈拉强度3.1.1计算强度与试验

4、强度的对比在计算劈拉强度时，荷载分级施加。当荷载增加到最后一级，总荷载达到P=6.78kN/cm，裂缝沿碾压混凝土层面贯通，试件破坏。劈拉强度按下式计算11：R＝2P/a＝0.637PA(3)图3碾压混凝土试件受劈拉时的开裂过程表2计算劈拉强度与试验强度的对比模拟类型数值计算值试验值(36个试件平均值)劈拉强度/MPa2.602.71计算劈拉强度与试验强度的对比如表2.计算结果与试验结果基本吻合，计算值略偏小。3.2.2有中间层面的碾压混凝土劈拉强度与无中间层面混凝土劈拉强度的比较为了探讨有中间层面(软弱面)碾压混凝土劈拉强度与无中间层面碾压混凝土的区别，本文对无层面碾压混凝

5、土试件也进行了数值模拟。其试件破坏形态如图4所示；计算强度对比列于表3.图4无中间层面混凝土试件的破坏图形从表3可见，无层面碾压混凝土的劈拉强度较有层面碾压混凝土的略大，其主要原因是有层面碾压混凝土劈裂面为薄弱的层面，没有骨料，而无层碾压混凝土劈开面上有粗骨料。4结论(1)本文在细观层次上，采用基于随机骨料模型的有限元分析方法，对有层面碾压混凝土的劈拉强度进行数值模拟，其计算结果与试验结果基本吻合，说明本文模型及方法是可行的。(2)本文表3有层面碾压混凝土与无层面碾压混凝土的劈拉强度计算值模拟类型无层面碾压混凝土有层面的碾压混凝土劈拉强度/MPa2.812.60采用随机生成骨料结构

6、的方法，模拟了碾压混凝土细观结构的非均质性，从而能模拟裂纹的开展过程，是一种研究细微损伤断裂的有效工具。(3)在随机骨料模型中，代表骨料、砂浆和粘结带的力学参数非常重要，其确切值应由参数研究及试验测量结果比较来确定。(4)本文仅是对碾压混凝土破坏过程及计算强度的初步探讨，今后将在数值模拟结果与试验结果的对比分析、材料参数的取值、破坏准则的确定等方面作进一步的研究和分析工作，以使该方法不断完善。参考文献：［1］沈崇刚。中国碾压混凝土技术的进展与运行经验［J］。水力发电，1999，(10)。［2］VanMierJGM.FractureProcessesofConcrete:Assesm

7、entofMaterialParametersforFractureModels［M］。CRCPress,Inc.,1997。［3］内维尔AM.混凝土的性能［M］。北京：中国建筑工业出版社，1983年12月。［4］echanicalBdehaviorofCracksinPlainandReinforcedConcreteSubjectedtoShearLoading［J］。HERON,1981,1A,26.。［5］刘光廷，王宗敏。用随机骨料模型数值模拟混凝土材料的断