双轴受压应力作用下碾压混凝土特性的试验研究

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1、双轴受压应力作用下碾压混凝土特性的试验研究摘要：本文对双轴受压应力作用下的碾压混凝土进行了试验研究，研究了碾压混凝土的双轴受压强度、变形及破坏准则，给出了Druckerprager准则中a和k值，并与普通混凝土进行了比较，得出了几点有意义的结论。关键词：碾压混凝土双轴受压破坏准则　　高碾压混凝土坝应力状态很复杂[1]，坝体混凝土绝大部分是处于三向及双向受压应力状态下，国内外多轴应力作用下普通混凝土强度研究已表明[2]，普通混凝土双轴受压应力下的强度是单轴受压混凝土强度的1.25～1.60倍，三轴受压强度是单轴受压强度的3～4倍以上。因此，人们已认识到以单轴强度为依据的设计是不合理的。本文

2、在对碾压混凝土进行双轴受压试验基础上，探讨复杂应力作用下碾压混凝土的强度、变形和破坏准则。1试验设计1.1试件尺寸及材料配比为了便于同普通混凝土单轴和双轴强度比较，试件采用边长为150mm的立方体，是普通混凝土试验的标准试件。胶凝材料采用425＃普通硅酸盐水泥与荆门热电厂的粉煤灰，骨料采用河砂与卵石，减水剂采用木质磺酸钙。为便于比较，试验中选用两种配比的试件，具体混凝土配合比见表1.每种配比各制作了25个试件，3个用以测定28d龄期的抗压强度，3个用以测定试验龄期的抗压强度。双轴受压试验(包括单轴受压试验)的两向应力比σ2/σ１有0(单轴受压)、0.25、0.50、0.75和1.00共5

3、种。每种应力比下的强度和应变测值均取3～4个试件的平均测值。表1碾压混凝土配合比(单位：kg)类别水胶比水泥粉煤灰外加剂水河砂卵石A0.705.5411.850.03112.1176.85150.26B0.806.568.600.03112.1177.96153.191.2试件加载方法与测试方法　　试件各龄期的立方体抗压强度测定在原葛洲坝水电工程学院建材实验室的万能试验机上按标准试验方法进行。试件的双轴受压试验(包括单轴受压试验)在中南水电勘测设计研究院宜昌分院实验室的双轴压力试验机上进行。该双轴压力机主要由刚度很大的平面钢质矩形框架与两个带油压表的30t油压千斤顶组成。试验时，试件置于

4、钢框的一个下角的内测，如图1所示。试件与加压板之间垫有一块150mm×145mm×10mm的钢垫板。试件的每个受压面上都垫有两层塑料布，其间涂有油脂以消除加压面摩擦。两个千斤顶分别在水平方向与竖向对试件加压，由各自的压力表控制各自的压力值。图1试件加载示意每个千斤顶活塞顶部加压板上对称地装有两个位移传感器，以测定试件变形。荷载大约分10级，每级都记录荷载与变形值。对于单向压力试验，只用竖置千斤顶加载；对于双向受压试验，两个方向的千斤顶同时按预先确定的两轴应力比分级加载，直至试件破坏为止。2试验结果2.1碾压混凝土的双轴受压强度将5种应力比的试验结果绘于图2.以σ1表示碾压混凝土双轴受压应

5、力中的第一主应力，以σ2表示碾压混凝土双轴受压应力中的第二主应力，图中σ0为碾压混凝土的单轴抗压强度。由图2可以看出，当σ2/σ1=0(单轴)时，σ1/σ0=1，此时为单轴抗压强度；当σ2/σ1=0.25时，σ1/σ0=1.3，这说明双轴受压强度是单轴受压强度的1.3倍；当σ2/σ1=0.5时，σ1/σ0=1.5；当σ2/σ1=0.75时，σ1/σ0=1.6，此时的双轴受压强度为单轴受压强度的1.6倍。因此，双轴受压下碾压混凝土强度普遍高于单轴受压时的碾压混凝土强度，即双轴受压强度一般是单轴受压强度的1.2～1.5倍，当σ2/σ1=0.75时，双轴受压强度达到最大，达1.6倍单轴抗压强度

6、。图2碾压混凝土双轴受压强度曲线　　为便于分析说明，将图2破坏点趋势进行分析，通过曲线回归分析后，可用如下公式进行描述：(1)式中：α为双轴受压碾压混凝土应力比；σ0为碾压混凝土单轴受压强度；σ10为双轴受压碾压混凝土的强度。　　当已知处于双轴受压碾压混凝土的受力比α(=σ2/σ1)时，就可将此α值代入式(1)中求出双轴受压碾压混凝土的强度。按此式计算精度在5%以内。2.2碾压混凝土的双轴受压变形根据应变测量结果，以ε1表示双轴受压时σ1方向的压应变，ε2表示双轴受压时σ2方向的压应变，ε0表示单轴受压时的压应变。图3碾压混凝土双轴受压变形曲线以ε1/ε0为横坐标，ε2/ε0为纵坐标，将

7、双轴受压碾压混凝土的变形绘于图3中。从图3可以看出，双轴受压时碾压混凝土的极限应变值大大高于单轴受压时的极限应变值，并随着应力比α的增大而增大。当α=0.25时，ε1/ε0=2.5，即双轴受压变形是单轴受压变形的2.5倍；当应力比α增大时，双轴受压变形增加更大。当应力比达到1时，双轴受压变形增加达到最大，此时为3.5～4倍的单轴受压变形。因此，碾压混凝土的双轴受压变形是单轴受压的2～4倍。并且，双轴受压时，极限变形量提高幅度比强度的