碾压混凝土在水压与机械荷载耦合作用下断裂数值模拟分析.pdf
《碾压混凝土在水压与机械荷载耦合作用下断裂数值模拟分析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《碾压混凝土在水压与机械荷载耦合作用下断裂数值模拟分析.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 1 期 ( 总第 3 5 6期 ) 吉林水利 2 0 1 2年 1 月 碾压混凝土在水压与机械荷载耦合作用下 断裂数值模拟分析 周晓字 t , 黄志强 , 余登华 ( 1 沈阳工业大学建筑工程学院, 辽宁 沈阳 1 1 0 8 7 0 ; 2 沈阳澳海房地产开发有限公 司, 辽宁 沈 阳 1 1 0 8 7 0 ) 摘要 碾 压混凝 土软 弱层 面的断裂破 坏是碾压 混凝 土坝稳定性研究 的一 个重要 的方面 , 本 文考虑 了碾 压混凝土 的多相非均匀性细观结构特征 。 采用 R F P A分析 系统对在水压与机械荷 裁共 同作用下 。 碾压 混凝土水平软弱屡 面 破坏 的全过程进行 了
2、模拟分析 。通过模拟 。 给 出了碾压混凝土层 面破 坏过程 的应力、 弹性模量 以及 水压 力的分布 图, 得 到 了起 裂荷 栽、 失稳荷栽 以及 临界 裂缝扩展长度等参数 。 并计 算得 到 了各种 工况下碾压混凝 土的双 K 断裂 韧度 , 对碾 压混凝土层 面破坏过程进行了分析 。结果表明。 起裂韧度 、 失稳韧度都 随着初始荷裁的增加 而产 生的变 化有一定的规律性 。 【 关键词 】 碾压混凝 土; 水压力 ; 机械荷载 ; 软弱层面 ; 数值模拟 中图分类号 】T v 4 3 1 【 文献标识码 B 1 绪论 由于碾压混凝 土坝是混 凝土分 层碾压 浇筑 的 。 则坝体 的施工
3、层面是坝 中的薄弱环节 , 是坝体 防渗 的薄弱区域 可能发展成为渗流的集 中通道 和抗滑稳定的薄弱面。研究结果表明, 坝体破坏 过程实质上是其层 面裂缝水流运动与其周 围应力 场及坝体的变形耦合过程碾压混凝土坝层面复 杂 的裂缝破坏问题严重影 响了大坝的安全 。因此 坝体碾压混凝土在深水压力下工作 其施工层面 出现裂缝后 水压力等复杂应力场耦合作用下 的 裂缝扩展和稳定性 问题 引起 了工程界、学术界 的 关注 , 是一个亟待解决的问题。开展水压力等复杂 应力场耦合作用 下的碾压混凝土裂缝扩展与断裂 特性 的研究具有重要 的理论意义和参考价值。 由于水 压作用 下 的混 凝土 断裂试验难 度
4、较 大 。 装置复杂, 国内外少数学者通过对碾压混凝土 在有水压与无水压情况下断裂试验进行研究 j , 分析了碾压混凝 土层面在水压力或机械荷载作用 下的破坏全过程 讨论了裂缝临界张开位移与外 部水头或机械荷载的关系 裂缝张开速率与水流 加载速率的关系以及水压在缝内的分布情况。 本文从混凝 土的细观结构入手 采用细观数 值模拟方式 研究碾压混凝土软弱层面在水压力 与 机械荷 载共 同作用两种 情况下 的断裂破坏 特 性 。模 拟中充分考虑 了碾压混凝土材料性质 的非 均匀性 构成材料 的微元体间的力学性质 的离散 性 认为材料宏 观破坏是细观单元破坏 的积累过 程 从细观的角度对上述加载条件下
5、的碾压混凝 土紧凑拉伸试件的层间断裂过程进行数值研究。 2 软件简介 R F P A 是 R e a l i s ti c F a i l u r e P r o c e s s A n a l y s i s的 简称 。它是一种基于有 限元应力分析和统计损伤 理论 的材料破裂过程分析数值计算方法 是一个 能够模拟材料渐进破裂直至失稳全过程 的数值试 验工具 采用 了 We i b u I 1 分布来描述微元体的力学 属性 的离散性 将材料的不均质性参数引入到计 收稿日期】2 0 1 1 1 2 - 0 8 【 I基金项目】 碾压混 凝土坝诱导缝断面等效强 度研究( 5 o 1 7 9 0 0
6、 2 ) ; 高 碾压混 凝土垭 诱导缝的等效强度及优化布置研究 ( 5 o 7 0 9 o 1 3 ) ; 碾压混凝 土层 面水 力破 坏过程 实验及敖值分析( 2 O O 7 1 O 2 5 ) 【 作者简介】 用晚宇( 1 9 8 8 一 ) 。 女, 辽宁雀东港市, 工程力学硕士a 一 2 0 吉林水利 碾压混凝土在水压与机械荷载耦合作用下断裂数值模拟分析 周晓宇等2 0 1 2年 1月 算单元。 用有限元法进行应力分析。 而破坏分析是 根据破坏准则判断单元破坏 与否 破坏 的单元采 用强度和刚度 弱化处理 调整模型的刚度矩 阵, 然 后再进行应力分析 认为宏观破坏是单元破坏的积 累过
7、程, 直至材料完全破坏, 得到位移场和应力场。 3 模型建立 3 1 模型尺寸与层面设置 根据文献 s 】阐述的试验 本文模型尺寸为 5 0 0 m m 5 O O m m, 单元数 目为 2 0 0 2 o o , 孔隙率根据 文献 5 、 6 】 确定 , 又由得出的孔隙率确定 了渗透系数 , 其他各项力学参数根据文献 5 1 碾压混凝土诱导缝 与层面断裂性 能的试验参数来赋值 所设预制缝 长度为 1 2 5 m m。 通过对其进行 的细观分析 , 根据文 献 7 】 软弱层可分为渗透层 , 反应层和渐变层。其渗 透层靠下层混凝土一侧 的砂浆基质的均质程度要 低 于碾压混凝土本体 其骨料的
8、粘结带要较碾压 混凝 土本体的弱 :反应层 的砂浆基质和骨料 的粘 结带 的均质度均低于碾压混凝土本体 ;渐变层 的 部分 骨料的粘结带和砂浆基质 要较碾压混凝土 本体的砂浆基质和粘结带弱。 3 2 参数设置 为了反映材料性质 的细观非均匀性 假设材料 性质满足 We i b u U分布 ( 如式 1 ) , 式 中 U代表满足 该分 布参数( 例如强度、 弹性模量等) 的数值 , u 0是 与所有单元参数平均值有关 的参数 。它们与 m都 被称 为材料的 We i b u l 1 分布参数 。利用 其分布参 数 , 也就是均值度的设定来反映材料的非均匀性 , 其数值越大表示材料越均匀 。模
9、型力学参数的赋 值详见表 1 。 = ) 一 e x p - ( U U o ) 】 ( 1 ) 3 3 加 载条件 由于水压作 用下 的混凝 土断裂试 验难 度较 大 。 装置复杂 , 国内外对在单纯水压力作用下的混 裹 1 碾压混凝土数值模 拟试样 的力学参数赋值 凝土断裂试验鲜有研究 。而实际试验 中 。 对于在水 压作用下的混凝土断裂试验必须有机械荷载的参 与 , 才能使试件完全断裂破坏 , 不至试验过程中发 生试验装置 的漏水 问题。但对于在水压力和机械 荷载共同作用下混凝土的断裂试验多数不易得到 缝 内水压 的真实分布情况 而数值方法可以考虑 混凝土结构 的复杂形状以及边界 条件
10、得到比试 验更完整 的结果进行分析 。所 以本文采用数值模 拟的方法 研究 了碾压混凝土层 面在水压力与机 械荷载共同工作用下的断裂破坏行为 找 出在不 同水压初值 ,无水压增量 同时保持机械荷载值不 变 的情况下 , 碾压混凝土层面的断裂规律 , 具体加 载条件见表 2中工况 1至工况 4 。 4 数值模拟 4 1 破坏过程分析 通过数值模拟 , 得到了应力 、 弹性模 量 、 水 压 力、 单元破坏等信息, 看到试件在水压力作用下的 破坏过程分为三个阶段, 即应力积累阶段 , 裂缝稳 裹 2 碾压 混凝 数值模拟加载条件赋值 一 21 吉林水利 碾压混凝在水压与机械荷载耦合作用下断裂数值模
11、拟分析 周晓宇等2 0 1 2年 1月 R F P A系统模拟的得到的各工况的起裂荷载 极限 荷载 起裂 和失稳步数 以及 由计算得 出的断裂韧 度见表 3 。 图 4从能量 的角度描述了混凝土层面的破坏 机理 。 在图中曲线可以看 出, 工况 1 声发射 能量在 应力积累阶段( 1 9步之前) 增加缓慢 , 进入起裂点 ( 第 1 9步) 增加明显, 进入失稳扩展阶段后 ( 2 2步) 开始迅速增加 。 直至试件完全破坏。图 4的声发射 能量累积最后趋于定值 这是由于有机械荷载的 作用 裂缝扩展所需的能量不必完全 由水压力提 供 。 这一裂缝扩展形式和试验结果较为吻合。 4 2 双 K断裂参
12、数的确定 根据文献 叭 混凝土裂缝扩展过程可大致分为 裂缝起裂 、 稳定扩展、 失稳扩展三个阶段 。将线弹 性断裂力学 、虚拟裂缝模型及混凝土应变软化 曲 线相结合 , 得到混凝土起裂断裂韧度 和失稳断 裂韧度 的计算公式。认为当 时, 裂缝开 加 藏步 + 加藏步留声发射魄矗关系口 嘁 加栽 疹与 卢; 5 乏 射艴髓舅 ; 规美景曲 始 起裂; 当 时, 裂 缝处于 稳定扩展阶 段; 当 时, 裂缝开始失稳扩展。 裂缝尖端的应力强度 因子按以下公式计算 : p = 二 ( 0 2 0 8 ) ( 1 ) t V h 式中: 蜀为裂缝的应力强度因子( 、 ) ; = 3 6 7 5 1 -
13、0 1 2 - - 0 4 5 ) ( 1 - o 0 舶 (2 ) 式 中: 0 【: 一 a + h o 是裂缝 的相对缝长 。口为裂缝 的 h+ h o 长度 , I 为试件高度 , t 为试件厚度 , I I o 为刀 口厚度 , 单位均为( m) ; P 为试件施加的水平荷载( K N) 而对于混凝土的粘聚断裂韧度有 t n h ; ( 3 ) 由表 3可 以看 出工 况 1至工况 4的起裂 荷 载 、 极 限荷载基本相 同; 起 裂韧度呈减小趋势 , 而 失稳韧度总体上趋于增加 。粘聚韧度也呈增加趋 势 :临界裂缝长度随着初始水压的增加总体上有 略微增加的趋势, 但是增量 比较小。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 碾压 混凝土 水压 机械 荷载 耦合 作用 断裂 数值 模拟 分析
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【yi****ou】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【yi****ou】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。