巖石-混凝土界面裂縫擴(kuò)展過程的試驗與數(shù)值研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文巖石一混凝土界面裂縫擴(kuò)展過程的試驗與數(shù)值研究ExperimentalandNumericalStudyonCrackPropagationinRockConcreteInterface學(xué)2120605l大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要㈣l，3建立在巖石基礎(chǔ)上的混凝土結(jié)構(gòu)物，巖石與混凝土界面處的裂縫對結(jié)構(gòu)安全性能影響最大。由于巖石與混凝土本身的非均質(zhì)、非線性及各向

2、異性，加之外界荷載、溫度變化等因素的影響，使得界面處裂縫既可能沿交界面擴(kuò)展也可能向混凝土或基巖擴(kuò)展，這不僅威脅著結(jié)構(gòu)的正常使用更有可能對結(jié)構(gòu)造成傾覆性的破壞。因此，研究界面裂縫的斷裂特性及裂縫擴(kuò)展全過程有著重要意義。本文結(jié)合界面力學(xué)相關(guān)理論，采用三點彎曲梁對界面斷裂基本參數(shù)進(jìn)行了采集；采用四點剪切梁試件研究了不同縫高比、偏縫率、加載方式下的巖石混凝土界面裂縫的擴(kuò)展全過程，獲得了較為典型的裂縫擴(kuò)展模式：采用有限元方法對四點剪切條件下裂縫擴(kuò)

3、展全過程進(jìn)行模擬，數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果較為一致。具體內(nèi)容如下：(1)自然界面下裂縫斷裂特性試驗研究采用三點彎曲加載方式獲得巖石自然斷面，放入模具中澆筑混凝土制作復(fù)合試件，試件尺寸為100mmloommx500mm。通過對五種縫高比下的界面試件進(jìn)行三點彎曲試驗獲得起裂荷載和最大荷載，并計算了界面的斷裂韌度和斷裂能等參數(shù)。試驗結(jié)果表明，隨著縫高比的增加，起裂荷載和最大荷載都逐漸減??；起裂韌度和斷裂能基本不隨縫高比的變化而改變，可以認(rèn)為是與試件

4、尺寸無關(guān)的材料常數(shù)。(2)自然界面下裂縫擴(kuò)展全過程試驗研究本次試驗采用100衄100mm500n蚰的梁式試件，一側(cè)為巖石，另一側(cè)為混凝土。采用四點剪切梁試件，對加載方式、縫高比和偏縫率進(jìn)行變量控制，得到了裂縫擴(kuò)展的不同模式，研究了各種工況下模態(tài)比與裂縫擴(kuò)展模式的關(guān)系，結(jié)果表明：隨著模態(tài)比的增大，界面裂縫會逐漸傾向于向巖石擴(kuò)展。(3)四點剪切條件下裂縫擴(kuò)展全過程的數(shù)值模擬采用界面斷裂力學(xué)的方法計算裂縫尖端應(yīng)力強度因子，提出了能預(yù)測裂縫擴(kuò)展

5、不同模式的界面裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則。通過有限元方法對四點剪切加載條件下界面裂縫擴(kuò)展全過程進(jìn)行模擬，數(shù)值結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。結(jié)果表明：在得到界面、混凝土與巖石的抗拉強度，斷裂能和起裂斷裂韌度后，采用本文提出的方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測裂縫擴(kuò)展的不同模式，數(shù)值求解巖石混凝土界面裂縫在I—II復(fù)合型應(yīng)力場下的起裂荷載、極限荷載、裂縫擴(kuò)展長度等斷裂參數(shù)，對裂縫擴(kuò)展全過程進(jìn)行數(shù)值模擬。關(guān)鍵詞：巖石一混凝土界面；I—II復(fù)合型應(yīng)力場；裂縫擴(kuò)展；斷裂試驗；數(shù)值模擬