混凝土斷裂的理論與試驗研究序言

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斷裂力學和連續(xù)介質(zhì)的彈性理論，采用物理試驗、細觀力學方法、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構的斷裂失效問題。所得出的理論模型及試驗結果可用于混凝土大壩等復雜且重要的混凝土結構的力學分析中，為這類工程結構的設計、施工和維護等提供參考。

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用前景。本書主要有以下創(chuàng)新：

(1)結合混凝土準脆性斷裂力學和固體塑性理論，提出了一種“分段線性塑性本構模型”，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，研究了混凝土試件在復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構中損傷過程區(qū)的長度及其演化規(guī)律。2100433B

斷裂力學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計中的不足，研究者們逐步認識到所謂的低應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，導致材料內(nèi)部局部應力重新分布，盡管整個截面上的平均應力低于材料強度，但局部應力卻可能遠遠超過材料強度。所以，應用彈塑性理論和新的試驗技術，研究材料或結構中裂縫產(chǎn)生和擴展的條件及規(guī)律，這就產(chǎn)生了新的力學分支——斷裂力學。近年來，斷裂力學獲得空前的發(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，斷裂力學的發(fā)展還呈現(xiàn)出由宏觀到細觀，再由細觀到納觀的勢頭。

1961年，M.F.Kaplan首次將斷裂力學概念應用于混凝土，并進行了斷裂韌度試驗，引起當時學術界的注意和重視。此后30多年，針對混凝土斷裂性能的研究，有關學者進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的一個新的分支——混凝土斷裂力學。

序

前言

第1章 混凝土斷裂力學概況

1.1 斷裂力學發(fā)展概況

1.2 混凝土斷裂力學模型

參考文獻

第2章 混凝土準脆性界面斷裂本構模型數(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 復合型界面斷裂的黏性裂縫模型

2.4 結論

參考文獻

第3章 混凝土壩體與巖基界面的斷裂力學分析

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 結論

參考文獻

第4章 混凝土局部變形位移場、應變場及其演化過程的試驗

4.1 引言

4.2 數(shù)字散斑相關方法原理和數(shù)據(jù)處理

4.3 試驗裝置

4.4 試驗結果

4.5 結論

參考文獻

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 結論

參考文獻

第6章 碾壓混凝土層面Ⅰ-Ⅱ復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 求解準脆性結構反平面剪切問題的剪切梁模型

《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)權出版社出版。

匯集、綜合了作者多年來與國內(nèi)外專家、學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和連續(xù)介質(zhì)的固體力學彈性理論，采用物理試驗、細觀力學方法、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構的斷裂失效問題。書中所述成果的理論模型、模擬及試驗結果，可用于諸如混凝土大壩工程等重要的混凝土結構的力學分析中，為這類工程結構的設計、施工和維護提供有益的參考?！痘炷翑嗔训睦碚撆c試驗研究》可作為材料、土木工程及相關專業(yè)高年級本科生、研究生教材，亦可供相關專業(yè)的科研人員和工程技術人員參考。

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行研究。首先在力學分析的基礎上對楔入劈拉實驗的方法進行改進，使對I型斷裂有貢獻的荷載僅限于水平荷載，消除豎向荷載以及試件自重對結果的影響；利用此實驗方法對不同尺寸的混凝土試件進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的斷裂能簡化計算方法；在此基礎上，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)值模擬三者相結合的方式進行，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。作為一種多相復合材料，混凝土的力學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、分布特征等細觀結構。但傳統(tǒng)的室內(nèi)疲勞試驗不能有效體現(xiàn)上述因素，很難從細觀結構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，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)部細觀結構的變化運動規(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觀結構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。