水对多孔性CA砂浆受力状态影响的数值模拟分析

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1、中图分类号!曼三三2UDC鱼2垒硕士学位论文学校代码!Q三当3密级公开水对多孑L性CA砂浆受力状态影响的数值模拟分析TheNumericalSimulationoftheImpactofWaterontheStressStateofthePorousCAMortar(国家自然科学基金资助项目)作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：昌0指导教师：王传燕建筑与土木工程十木工程材料土木]二程学院邓德华教授甄天星高级工程师论文答辩日期趔盟答辩委员会主席志+肖IuTj，／＼千20l3年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的

2、研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：至佳丝，日期：型午上月旦日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规j芒，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位沦文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或湖j分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权t}·围科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文伞

3、文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者虢型盘锄签名科醐：赳年上月岁同水对多孔性CA砂浆受力状态影响的数值模拟分析摘要：高速铁路服役过程中，CRTSI和II型板式无砟轨道结构中的水泥乳化沥青砂浆(简称CA砂浆)充填层主要出现离缝、冲蚀、开裂和碎裂等劣化与破坏现象，已有研究认为高速列车动载冲击下孔隙动水压作用是其主要原因。本文根据CA砂浆的多孔特征和力学特性指标，建立多孔材料模型，应用多孔介质流固耦合理论和相关数值模拟分析软件，分析静、动载和动载一水耦合等作用下CA砂浆内孔隙和孔隙内水的力学响应。旨在通过数值模拟分析，探讨动荷载．水耦合作用下CA砂浆的劣化与破坏机

4、理。通过模拟分析，主要得出如下结论：(1)建立不同特征的多孔材料模型，采用ANSYS有限元软件，模拟分析CA砂浆内孔隙的静态力学响应，分析结果表明：在相同均布荷载作用下，多孔模型中，孔数不变而孔径增加或孔径不变而孔数增加时，多孔材料内越容易出现高应力区，并产生较大的竖向位移；孔隙率(包含孔隙直径和孔隙数目)越大，多孔材料中高应力区的应力和变形越大。双孔模型中，拉压应力产生的裂缝分布随双孔相对空间位置变化而各异。由此可得，孔隙率、孔径和孔隙分布是影响CA砂浆静态力学响应的关键因素。(2)采用ANSYSWorkbench软件，模拟分析在动荷载作用下CA砂浆孔隙内自由水不发生逃

5、逸时产生的流固耦合效应，分析结果表明，在相同均布荷载作用下，对比无水与饱水状态的单孔模型，饱水状态的孔壁分布的应力较小，相应产生的应变和位移较大。若该应变超过CA砂浆的极限应变，则导致孔壁开裂币H-TL隙扩展。外部水渗入又使孔内饱水，动荷载作用又使孔壁再次产生较大应变并引发再次开裂和孔隙扩展。如此反复，在动载一水耦合重复作用下，CA砂浆内孔隙不断扩展、连通，最终导致其开裂和碎裂破坏。因而，以数值模拟分析方法，揭示了板式轨道结构砂浆充填层的劣化与破坏机理。(3)采用FLUENT流体分析软件，模拟分析动荷载作用下水流迅速渗入CA砂浆内产生的水流劈裂作用。分析认为，在列车动荷载

6、快速冲击作用下，轨道板与砂浆充填层间离缝内的水将快速向CA砂浆内渗入，并在入水端面产生很高的渗水压力，高速高压的水流像楔子作用于CA砂浆表层孔隙内而产生水流劈裂作用。分析结果证明，水流初速度、孔隙率和孔径是影响水流劈裂作用的关键因素，初速度Il越大，孔隙率和孔径越小，水流劈裂破坏作用越大。这是板式轨道结构砂浆充填层碎裂的主要原因之一。图86幅，表28个，参考文献86篇。关键词：水泥乳化沥青砂浆；动载。水耦合作用；劣化与失效机理；数值模拟分析；多孔模型分类号：TB332IIITheNumericalSimulationoftheImpactofWaterontheStres

7、sStateofthePorousCAMortarAbstract：Intheserviceprocessofhigh—speedrail，theCRTSIandIItypeslabtrackforCAmortarpackinglayerareobservedthedegradationanddestructionphenomenonofgaps，erosion，crackandfragmentation，andthedynamicwaterpressureofporeareregardedastheprimarycause．