混凝土斷裂的理論與試驗研究

序

前言

第1章 混凝土斷裂力學(xué)概況

1.1 斷裂力學(xué)發(fā)展概況

1.2 混凝土斷裂力學(xué)模型

參考文獻(xiàn)

第2章 混凝土準(zhǔn)脆性界面斷裂本構(gòu)模型數(shù)值驗證

2.1 引言

2.2 Ⅰ型界面斷裂的黏性裂縫模型

2.3 復(fù)合型界面斷裂的黏性裂縫模型

2.4 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第3章 混凝土壩體與巖基界面的斷裂力學(xué)分析

3.1 引言

3.2 壩體與巖基間界面變量定義

3.3 水壓對屈服條件的影響

3.4 分段線性界面裂縫模型離散描述

3.5 混凝土重力壩界面斷裂計算

3.6 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第4章 混凝土局部變形位移場、應(yīng)變場及其演化過程的試驗

4.1 引言

4.2 數(shù)字散斑相關(guān)方法原理和數(shù)據(jù)處理

4.3 試驗裝置

4.4 試驗結(jié)果

4.5 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第5章 碾壓混凝土層面Ⅰ型斷裂的試驗與數(shù)值模擬

5.1 引言

5.2 碾壓混凝土層面Ⅰ型斷裂破壞的試驗研究

5.3 碾壓混凝土層面Ⅰ型斷裂破壞的數(shù)值模擬研究

5.4 結(jié)論

參考文獻(xiàn)

第6章 碾壓混凝土層面Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型斷裂的試驗與數(shù)值模擬

第7章 高碾壓混凝土重力壩層面失穩(wěn)破壞過程的數(shù)值模擬

第8章 求解準(zhǔn)脆性結(jié)構(gòu)反平面剪切問題的剪切梁模型

由沈新普教授和黃志強副教授等所撰寫的《混凝土斷裂的理論與試驗研究》一書是一本理論與試驗并重的專著，書中介紹了利用層間界面準(zhǔn)斷裂力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)的彈性理論，采用物理試驗、細(xì)觀力學(xué)方法、數(shù)值計算方法和解析方法，深入研究了混凝土材料及混凝土結(jié)構(gòu)的斷裂失效問題。所得出的理論模型及試驗結(jié)果可用于混凝土大壩等復(fù)雜且重要的混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析中，為這類工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護(hù)等提供參考。

本書是一本很有特色的專著，不僅具有重要的理論意義而且具有廣泛的應(yīng)用前景。本書主要有以下創(chuàng)新：

(1)結(jié)合混凝土準(zhǔn)脆性斷裂力學(xué)和固體塑性理論，提出了一種“分段線性塑性本構(gòu)模型”，建立了考慮界面裂縫中的滲透水壓影響的塑性加載條件。

(2)采用白光散斑數(shù)字成像技術(shù)，研究了混凝土試件在復(fù)合荷載作用下斷裂的演化過程。

(3)采用數(shù)值方法，研究了給定尺寸的混凝土結(jié)構(gòu)中損傷過程區(qū)的長度及其演化規(guī)律。2100433B

《混凝土斷裂的理論與試驗研究》由中國水利水電出版社，知識產(chǎn)權(quán)出版社出版。

匯集、綜合了作者多年來與國內(nèi)外專家、學(xué)者共同研究取得的科研成果。書中主要利用層間界面斷裂力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)的固體力學(xué)彈性理論，采用物理試驗、細(xì)觀力學(xué)方法、數(shù)值計算方法和有限元方法，深入研究了混凝土材料及混凝土結(jié)構(gòu)的斷裂失效問題。書中所述成果的理論模型、模擬及試驗結(jié)果，可用于諸如混凝土大壩工程等重要的混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析中，為這類工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護(hù)提供有益的參考?！痘炷翑嗔训睦碚撆c試驗研究》可作為材料、土木工程及相關(guān)專業(yè)高年級本科生、研究生教材，亦可供相關(guān)專業(yè)的科研人員和工程技術(shù)人員參考。

斷裂力學(xué)早年用于比較脆的超高強材料，由于傳統(tǒng)的強度理論計算在工程設(shè)計中的不足，研究者們逐步認(rèn)識到所謂的低應(yīng)力脆性破壞主要原因是由于實際材料中存在各種缺陷和裂縫，導(dǎo)致材料內(nèi)部局部應(yīng)力重新分布，盡管整個截面上的平均應(yīng)力低于材料強度，但局部應(yīng)力卻可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過材料強度。所以，應(yīng)用彈塑性理論和新的試驗技術(shù)，研究材料或結(jié)構(gòu)中裂縫產(chǎn)生和擴展的條件及規(guī)律，這就產(chǎn)生了新的力學(xué)分支——斷裂力學(xué)。近年來，斷裂力學(xué)獲得空前的發(fā)展，研究范圍也由金屬斷裂逐步拓展到其他材料，例如陶瓷、混凝土等非金屬等的斷裂問題，同時，斷裂力學(xué)的發(fā)展還呈現(xiàn)出由宏觀到細(xì)觀，再由細(xì)觀到納觀的勢頭。

1961年，M.F.Kaplan首次將斷裂力學(xué)概念應(yīng)用于混凝土，并進(jìn)行了斷裂韌度試驗，引起當(dāng)時學(xué)術(shù)界的注意和重視。此后30多年，針對混凝土斷裂性能的研究，有關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗研究工作。隨著研究工作的不斷深入，舍棄一些不符合混凝土特點的假定、理論和試驗方法，采用能反映混凝土本身特點的新假定、新理論和新試驗方法，從而逐漸形成了斷裂力學(xué)的一個新的分支——混凝土斷裂力學(xué)。

采用楔入劈拉實驗方法對混凝土裂縫發(fā)展過程中的能量變化進(jìn)行研究。首先在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上對楔入劈拉實驗的方法進(jìn)行改進(jìn)，使對I型斷裂有貢獻(xiàn)的荷載僅限于水平荷載，消除豎向荷載以及試件自重對結(jié)果的影響；利用此實驗方法對不同尺寸的混凝土試件進(jìn)行斷裂全過程的記錄，根據(jù)建立的斷裂能確定模型，給出混凝土與尺寸無關(guān)的斷裂能簡化計算方法；在此基礎(chǔ)上，研究討論混凝土破壞全過程中的斷裂能消耗，主要是其發(fā)展規(guī)律以及與試件尺寸的關(guān)系。本項目擬采取的研究方案以理論分析、實驗研究和數(shù)值模擬三者相結(jié)合的方式進(jìn)行，從能量的角度解釋混凝土的增韌機理，有助于更好的理解裂縫擴展機理。 2100433B

瀝青混凝土疲勞性能一直以來都是道路科技工作者研究的熱點。作為一種多相復(fù)合材料，混凝土的力學(xué)性能在很大程度上取決于集料、瀝青膠漿和空隙的體積含量、分布特征等細(xì)觀結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)的室內(nèi)疲勞試驗不能有效體現(xiàn)上述因素，很難從細(xì)觀結(jié)構(gòu)角度揭示瀝青混凝土疲勞斷裂的本質(zhì)特征。為此，本項目綜合運用離散元方法和圖像處理技術(shù)，開展瀝青混凝土虛擬疲勞試驗及其疲勞斷裂機理的研究。研究內(nèi)容包括運用離散元方法建立考慮集料不規(guī)則形狀、級配和體積含量的瀝青混凝土小梁數(shù)字試件；建立基于離散元法的小梁四點彎曲虛擬疲勞試驗方法，并與室內(nèi)疲勞試驗進(jìn)行對比驗證；采用驗證后的虛擬試驗研究混凝土疲勞斷裂過程中其內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變化運動規(guī)律，以及集料分布特征、形狀特征、體積含量、空隙大小和分布等細(xì)觀結(jié)構(gòu)對混凝土疲勞性能的影響。研究成果不但為瀝青混凝土疲勞性能的研究提供輔助分析手段，對揭示混凝土疲勞斷裂本質(zhì)特征亦具有重要的理論價值。