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[硕士论文] 鲁敬旭
材料工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着国民经济的增强,现代水利工程正朝着大规模、高坝体,高耐久性、环保性、经济性的方向发展。水工沥青混凝土防渗工程有着环保、抗冻、抗渗、耐久性好、施工节奏快等优点,已经成为当前众多水利工程的首选形式。而目前对水工沥青混凝土的研究主要集中在力学性能方面,在配合比的设计与选择、变形性能的规律及影响因素、外加剂的使用、施工质量控制等方面还存在许多不足,但这些方面对水工沥青混凝土的发展有重要的意义。本文以水工沥青混凝土为研究对象,采用室内试验手段,研究沥青混凝土的配合比的优选方法及蠕变性能,为水工沥青混凝土的相关研究和工程应用提供一定参考。
  首先,本文归纳了水工沥青混凝土防渗工程的材料及结构特点,并且对现有的水工沥青混凝土配合比设计方法进行分析,在此基础上采用正交试验方案,依据已有的试验研究成果及工程经验,对级配指数、填料含量、油石比分别采用了3个水平:级配指数为0.35、0.38、0.41;填料含量为13%、15%、17%;油石比为6.6%、6.9%、7.2%,设计了共9组正交试验方案。
  其次,通过对9组配合比的水工沥青混凝土分别进行马歇尔稳定度和流值试验、单轴压缩试验、热稳定性试验、水稳定性试验、拉伸试验、小梁弯曲试验、劈裂试验、密度试验,得出9组配合比水工沥青混凝土的马歇尔稳定度、流值等相应的试验结果。由极差分析法对9组配合比的沥青混凝土各项试验结果进行了分析。分析发现油石比对绝大多数试验结果的影响都大于填料含量和级配指数的影响。最后综合分析优选出的配合比为级配指数0.38、填料用量15%、油石比6.9%。
  最后,本文介绍了粘弹性材料,分析了其在不同的温度及荷载条件下的性能差异。在此基础上,通过对水工沥青混凝土在10℃、20℃、30℃三种温度条件下分别进行0.5MPa、0.75MPa、1MPa三种应力的共计9组蠕变试验,由试验结果得出相应的蠕变曲线,并对不同温度和应力下的稳态蠕变速率进行拟合。由蠕变曲线分析发现:在应力相同时,当温度升高,沥青混凝土的蠕变曲线第一阶段持续时间变短,应变速率增大,第一阶段过程中产生的应变增大,稳态蠕变速率K也会增大,经过相同的时间,沥青混凝土的整体变形增大较多。在温度相同时,随着荷载的增大,沥青混凝土的变形速率增大,并且会以较大的变形速率进入稳态蠕变期,经过相同的时间沥青混凝土会产生更大的变形。由稳态蠕变速率得出了不同温度及荷载条件下的拟合直线,得到的拟合结果有较好的规律性。
[硕士论文] 程雨
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:水工大体积混凝土温度应力和温度裂缝是影响混凝土结构耐久性和安全性的重要因素,控制温度裂缝是我国基础设施建设和维护的一项重要任务。水工混凝土浇筑过程中,水泥水化反应产生的热量将在结构内部聚集,由于混凝土导热系数较低,热传导过程较慢,结构内部温度高于外部温度,形成由内向外降低的温度梯度。不均匀的温度产生不均匀的温度变形,受外部约束的影响,产生温度应力。
  相变储能混凝土技术作为新兴的大体积混凝土温度控制技术,主要采用将混凝土内掺入一定量的相变材料,利用相变材料在固-液、液-气相变过程中能大量吸收热能的特点,减少混凝土内部的温度梯度,目前在房屋建筑中应用较多。要实现在混凝土中加入相变储能材料后既能增强混凝土热学性能,又不影响混凝土力学性能的目的,还需要进行大量的理论及试验研究,本文针对这一目的,对相变储能混凝土技术进行了理论、试验及数值模拟三方面的研究,主要的研究内容如下:
  1.通过理论分析,研究了相变储能材料以相变砂和相变粗骨料两种形式应用于混凝土后,混凝土结构内部绝热温升和温度场的计算方法;
  2.优选了应用于大体积水工混凝土温度控制的相变储能材料及载体材料,并制备出形状良好,且具有良好物理性能和化学性能的相变储能骨料;
  3.用相变储能骨料按照一定配合比制成相变储能混凝土,并对其力学性能及热学性能进行测定,制备出具有良好性能的相变储能混凝土;
  4.基于测定的相变储能混凝土的力学、热学参数,建立大体积水工混凝土ANSYS数值分析模型,对相变储能混凝土在实际混凝土浇筑、养护过程进行模拟,分析不同相变骨料对大体积水工混凝土温度场及温度应力场的影响,并探讨了相变储能混凝土的适用范围。
[硕士论文] 蔡影
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:自密实混凝土因具有优良工作性,在结构配筋复杂处无需振捣仍能保证成型质量而被广泛关注,是混凝土材料方面一个重要的研究方向。因其胶凝材料用量较大,而导致干缩较大、易开裂,影响混凝土的耐久性。钢纤维具有增强、增韧、阻裂的作用,因此,本文将其掺入到自密实混凝土中研究其对自密实混凝土性能的影响。本文以钢纤维自密实混凝土为研究对象,基于室内试验和正交试验方法及超体积法研究了钢纤维自密实混凝土的钢纤维最优掺量、工作性能、力学性能和耐久性能等。取得主要研究成果如下:
  (1)对工作性的研究结果表明,添加钢纤维的自密实混凝土工作性虽有所下降,但依然能满足使用要求,仍保留了高工作性的优点。
  (2)钢纤维的掺入可提高自密实混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度及弹性模量。抗压强度增幅可达30%,轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值在0.69~0.91之间,与普通混凝土相比,有所增长。钢纤维的掺入可明显提高自密实混凝土的抗折强度及劈裂抗拉强度,抗折强度最大可达立方体抗压强度的1/3,且钢纤维体积率为1.2%时,劈裂抗拉强度增幅可达89.7%。过小钢纤维体积率对弹性模量影响较小,14d时增幅仅7%。对于各项力学性能,强度值随着龄期的增长而增长,14d前强度增长较快,后期趋于稳定。且钢纤维在混凝土内部充分发挥自身增强、增韧、阻裂作用,提高了混凝土的延性,改善了混凝土的破坏形态。
  (3)通过钢纤维自密实混凝土的力学性能试验发现,钢纤维自密实混凝土的立方体抗压强度与龄期、轴心抗压强度分别呈对数、线性关系;抗折强度与立方体抗压强度、龄期分别呈多项式、对数关系;弹性模量与立方体抗压强度、龄期分别呈线性、对数关系;劈裂抗拉强度与立方体抗压强度、龄期都呈线性关系。并分别获得了不同钢纤维体积率的公式,且符合程度较好。
  (4)通过钢纤维自密实混凝土的耐久性试验发现,钢纤维的掺入提高了抗渗等级,增幅最大为58.3%;降低了渗水高度,降低幅度最大为50%;还减小了碳化深度,减小幅度最大为51%。但较小、较大的钢纤维体积率对其耐久性影响不大,对抗渗性和抗碳化性,其最佳体积率为0.9%。
  (5)利用ANSYS CFX软件,模拟了0.9%钢纤维体积率自密实混凝土梁的浇筑过程。通过云图发现,梁的前半段钢纤维分布较均匀,后半段呈重分布。以浇筑速度为参数,对0.35m/s、0.5m/s、0.65m/s浇筑速度的结果文件进行量化,近似计算出了每个梁段内钢纤维的数量。结果表明,浇筑速度为0.35m/s时,钢纤维的分布情况较其它浇筑速度更均匀。
[硕士论文] 付泓锐
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:砂泥岩混合料常作为主要建筑填料运用于三峡库区岸坡填方工程,库水位升降必然使得砂泥岩混合料经受周期性饱水作用。周期性饱水作用使得砂泥岩混合料抗剪强度降低、变形增大,可能影响结构的安全使用。研究周期性饱水对砂泥岩混合料抗剪特性的影响,对于解决砂泥岩混合料在涉水工程中的运用,具有重要的科学意义和工程价值。本文依托国家自然科学基金项目(No.51479012)“周期性饱水砂泥岩混合料的劣化机理及其演化过程”开展研究工作。通过砂泥岩混合料三轴剪切试验,查明周期性饱水作用对饱和砂泥岩混合料抗剪特性的影响,具体的研究方法和成果如下:
  (1)通过砂岩和泥岩的单轴压缩试验,得到了天然状态下泥岩和砂岩的单轴抗压强度,弹性模量,砂岩和泥岩单轴压缩试验中均呈脆性破坏,破坏面贯穿于整个试样,且破坏面与竖向都有一定的夹角,砂岩的破坏面相对于泥岩更明显。
  (2)通过三轴剪切试验,得到了周期性饱水作用对不同试样特征砂岩料和砂泥岩混合料抗剪强度和变形的影响。根据试验结果总体而言砂泥岩混合料偏应力峰值随着干密度、颗粒级配的增加而增大,随着泥岩颗粒含量的增大而降低;体积应变峰值随着干密度、颗粒级配的增大而减小,随着泥岩颗粒含量的增大而升高;周期性饱水循环过程中轴向应变增量随着干密度的增大而减小,随着泥岩含量的增大而增大;体积应变增量随着干密度、颗粒级配的增大而减小,随着泥岩含量的增大而增大。
  (3)根据周期性饱水作用对不同试验条件下砂岩料和砂泥岩混合料抗剪强度和变形的数据分析,总体而言砂泥岩混合料偏应力峰值围压、应力水平的增大而升高,随着周期性饱水次数的增加而降低;体积应变峰值随着围压的增大升高,与应力水平和周期性饱水次数无明显变化规律;周期性饱水循环过程中应变增量(轴向应变增量和体积应变增量)随着周期性饱水循环次数、围压、应力水平的增加而增大,砂岩料和砂泥岩混合料试样主要呈剪缩破坏,少部分呈剪胀破坏。
  (4)通过砂泥岩混合料的颗粒筛分结果得到,周期性饱水作用下不同试样特征的砂岩料的颗粒破碎率Bg随着干密度增大而增大,随着颗粒级配的增大而减小;不同试验条件下砂岩料和砂泥岩混合料的颗粒破碎率Bg随着周期性饱水循环次数、围压、应力水平的增加而增大。总体而言掺入20%泥岩颗粒后的所形成的砂泥岩混合料在本文所研究的条件下的颗粒破碎率比砂岩料高。
[硕士论文] 高磊
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:混凝土的拉伸软化曲线一直是混凝土断裂特性的重要参数,也是混凝土结构断裂数值分析的基本参数。由于混凝土材料本身的复杂性以及当前试验条件的限制,对混凝土的断裂特性的直接研究一直比较困难。在这种背景下,各国学者们一般通过实验结果拟合,提出了不同的拉伸软化曲线形式,但多年来各国的学者们在拉伸软化曲线的选择形式上未能达成统一。这也在一定程度上影响了混凝土断裂力学在实际工程中的应用。因此本文通过数字图像相关方法研究了混凝土的断裂特性,并提出了一种新的拉伸软化曲线参数的获取方法。本论文的主要工作如下:
  (1).进行了混凝土三点弯曲试件的断裂试验,并采用数字图像相关方法作为实验观测手段,研究了裂纹扩展和裂纹前沿应变场的变化规律,分析了不同荷载下的断裂过程区长度和裂纹口张开位移(CMOD),为混凝土拉伸软化曲线的参数获取提供了实验数据。
  (2).在试验结果的基础上,假设断裂过程区的位移分布为线性,修正了传统的粘聚裂纹模型基础,并根据荷载-裂纹口张开位移关系(P-CMOD)中的极值,提出了混凝土拉伸软化曲线的参数获取的新方法。
  (3).采用遗传算法,对实验获得P-CMOD曲线点赋予不同的权重,以断裂过程区线性位移分布的粘聚裂纹模型为基础,提出了混凝土拉伸软化曲线的相关参数获取的遗传算法模型结合MATLAB编程,分析了混凝土尺寸、强度变化、初始裂缝比和配合比对拉伸软化曲线参数影响的规律。
[博士论文] 杨洋
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:砂泥岩混合料是重庆地区主要的建筑填料之一,常用于各类填方工程中,由于不清楚库水位升降形成的周期性饱水作用如何影响其工程特性,尚不能准确预测砂泥岩混合料填方体的变形规律。压缩变形特性是填方土体的主要工程特性之一,开展周期性饱水作用下砂泥岩混合料的压缩变形特性及其演化规律研究,是具有重要理论意义和工程实用价值的。本文依托国家自然科学基金面上项目“周期性饱水砂泥岩混合料的劣化机理及其演化过程”,提出了周期性饱水砂泥岩混合料的压缩试验方法,采用自主研发的“土体饱水-疏干循环压缩试验方法及其装置”和“土体饱水-疏干循环静止侧压力系数测试仪器”开展系列试验研究,揭示了砂泥岩混合料的压缩流变特性、周期性饱水砂泥岩混合料的压缩变形特性、静止侧压力系数特性及周期性饱水超粒径尺寸效应等,提出了砂泥岩混合料的压缩流变计算方法,建立了周期性饱水砂泥岩混合料的劣化变形计算方法、K0系数演化方程及各向异性弹塑性模型,并验证了计算模型的合理性。
  本文取得的主要研究成果如下:
  (1)揭示了砂泥岩混合料的压缩流变特性,提出了砂泥岩混合料的压缩流变计算方法。针对砂泥岩混合料高填方工程的工后长期沉降问题,利用自行研制的土体饱水-疏干循环压缩试验方法及其装置,对4种混合比的砂泥岩颗粒混合料进行了考虑湿化作用的压缩流变试验,研究了轴向压力及砂泥岩颗粒混合比对流变特性的影响,提出了适用于砂泥岩混合料的流变计算模型。结果表明:砂泥岩混合料的流变过程可分为四阶段:线性阶段、衰减流变阶段、再次衰减流变阶段及稳定阶段;引入流变衰减因子、衰减流变临界应变、极限流变应变,提出了分段流变模型,通过试验数据对比分析表明该模型能够描述砂泥岩混合料的两阶段衰减流变特征。
  (2)揭示了周期性饱水砂泥岩混合料的静止侧压力系数特性,建立了静止侧压力系数的演化方程。利用自行研制的“土体饱水-疏干循环静止侧压力系数测试仪器”,针对泥岩颗粒含量为20%的砂泥岩混合料,开展了不同循环次数下的静止侧压力系数试验,获得了周期性饱水砂泥岩混合料的静止侧压力系数值;分析了周期性饱水砂泥岩混合料静止侧压力系数的演化规律,建立了其演化方程。随着周期性饱水循环次数的增加,静止侧压力系数先快速增大、然后缓慢增大、最终趋于稳定,呈对数增大趋势。
  (3)揭示了周期性饱水砂泥岩混合料的劣化变形规律,提出了周期性饱水劣化变形的计算方法。开展了砂泥岩混合料在不同轴向压力下的周期性饱水压缩试验,分析了周期性饱水对劣化变形的影响规律及其变形机理。周期性饱水劣化变形随着循环次数的增大而增大,最终趋于稳定;引入最大劣化应变对指数模型进行修正,该模型能够描述砂泥岩混合料周期性饱水劣化变形的主要特征;周期性饱水砂泥岩混合料的颗粒破碎率随着轴向压力的增大而增大,呈幂函数关系。
  (4)揭示了超粒径颗粒对周期性饱水砂泥岩混合料劣化变形的影响规律,提出了周期性饱水室内压缩试验最大颗粒粒径与试样尺寸控制方法。开展了掺入不同粒径大小、不同百分含量钢珠的砂泥岩混合料的周期性饱水压缩试验,分析了不同超粒径颗粒含量及粒径大小对周期性饱水砂泥岩混合料轴向应变的影响规律。结果表明,周期性饱水劣化变形随超径颗粒尺寸增大而增大,随超径颗粒体积含量增大而增大;在高轴向压力水平下,尺寸效应明显;在低应力时下,粒径比(试样高度与最大粒径的比值)大于3.7时,可消除尺寸效应。
  (5)引入与周期性饱水K0系数相关的应力系数,建立了周期性饱水砂泥岩混合料的各向异性弹塑性模型,并基于试验成果提出了改进的砂泥岩混合料填方体沉降变形简化计算方法。通过旋转硬化轴来反映周期性饱水砂泥岩混合料K0系数的变化而导致的各向异性应力特性,在双屈服面弹塑性模型的基础上,引入与K0系数有关的应力系数,采用变换应力法,将椭圆抛物线双屈服面的硬化轴旋转至K0线,建立了一个既可以反映剪胀、初始各向异性,同时也能够反映周期性饱水劣化变形及K0系数变化的砂泥岩混合料各向异性弹塑性模型,该模型可以反映出周期性饱水劣化变形的特征。
[硕士论文] 姜健
建筑与土木工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:护岸工程作为堤坝安全的第一道防线,在防洪、泄洪过程中起到关键作用,并能有效消减坝岸水土流失,是国家治理的重点工程。现阶段,用于传统块石护岸的天然石材日益短缺,其他常用护岸型式存在稳定性欠佳、制作安装工艺复杂以及投资较大等问题。为此,研究满足河道行洪稳定性要求,兼具生态环保功能的险工坝岸加固新型式已迫在眉睫。本文通过理论计算和室内试验相结合的方法设计了嵌锁效果良好且引入环保材料的H型重力互助式钢渣芯混凝土护岸砌块。并利用试验和数值模拟开展新型砌块的强度及其组成面层的整体性的研究。结论如下:
  (1)采用室内试验的方法比选出了新型砌块所使用的最优外壳厚度为6cm,并验证了普通混凝土外壳和钢渣芯组成的复合结构具有良好的整体性和协同抗压性。(2)设计得到H型重力互助式钢渣芯混凝土新型护岸砌块。该种连锁砌块设有凹凸结构,增强了砌块间的嵌锁效果,且单个砌块的钢渣替代传统骨料比率达到25%;并通过钻芯抗压强度试验检验了新型砌块满足抗压强度要求且再次验证了混凝土外壳与钢渣芯所组成的复合结构具有良好的整体性和协同抗压性。(3)基于连锁块整体稳定性试验平台,开展了新型砌块所组面层的整体稳定性试验,并与两种传统砌块进行了对比分析,结果表明:三种砌块位移随压力变化的趋势基本一致;H型重力互助式钢渣芯混凝土砌块具有优于传统砌块的连锁效应;其面层加载极值分别约是传统砌块1和传统砌块2面层加载极值的3.18倍和3.33倍,说明H型重力互助式钢渣芯新型混凝土砌块所组成的护岸面层具有良好的整体稳定性。(4)通过数值模拟分析,揭示了H型重力互助式钢渣芯砌块护岸优于传统砌块护岸的整体稳定性,与试验结论一致;比选出新型砌块最优排布方式为翼缘竖放排布;得知砌块高度对其所组面层的整体稳定性影响很大,而长宽的影响则相对较小。
[硕士论文] 李娟娟
建筑与土木工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:我国作为工业大国,对钢铁的需求量很高,因此,在炼钢制钢的过程中就随之产生了大量钢渣,而这些钢渣如果不能进行充分利用,既占用土地,也会对环境造成污染。目前黄河上的备防石主要以天然石块为主,而国家也越来越保护天然资源,禁止乱开乱采的行为,因此黄河护坡领域急需寻找一种新材料代替天然石材。本文针对黄河抢险的备防石急需寻找一种新材料,而钢渣作为一种工业炼钢废渣得不到综合利用,把两者结合考虑,选用钢渣作为备防石的主要原材料。通过室内试验和有限元软件模拟相结合的方法,研制了一种新型复合结构的备防石。主要研究工作如下:
  (1)通过材料基本性能试验,研究了主要原料钢渣、粉煤灰、水泥、废旧轮胎橡胶颗粒的基本物理特性;设计了9种不同配方的钢渣芯,通过击实试验及无侧限抗压强度试验,确定了钢渣芯的最佳配合比即水泥∶粉煤灰∶粗钢渣∶细钢渣为6∶12∶49.2∶32.8。
  (2)通过分析备防石不同的尺寸计算方法,确定了钢渣芯钢筋混凝土备防石的结构尺寸;利用缩尺模型,制作备防石试件,通过抗压强度试验、吸水率和密度测试,研究了备防石的抗压强度性能与质量指标,结果表明:该新型复合结构备防石强度为45.38MPa,满足备防石使用强度要求。
  (3)针对钢渣芯钢筋混凝土备防石的抗冻性,通过冻融实验,与普通混凝土的抗冻融性能进行比较,研究了新型复合结构备防石的抗冻性能。
  (4)采用ABAQUS有限元模拟与冲击试验相结合的方法,分析了不同工况下备防石的抗冲击性能,研究结果表明:数值模拟结果与冲击试验数据相吻合,备防石的抗冲击性能良好,得出备防石的极限碰撞冲击高度为10米。
  该新型复合结构备防石原材料经济适用,制作方法简单、成本低,具有较好的经济与社会效益,为备防石的制备提供了一种新的方向。
[硕士论文] 叶非凡
建筑与土木工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:我国北方流域河流和水库常采用混凝土砌块作为护坡的主要形式之一,混凝土砌块中的主要原材料碎石、砂和水泥等,日益面临着资源枯竭的严重问题,因此寻找混凝土原材料的替代材料是解决混凝土原材料匮乏和环境保护问题的重要途径。钢渣是粗钢冶炼过程中排出的固体废弃物,粉煤灰是火电厂燃煤发电所产生的固废,钢渣和粉煤灰可作为混凝土掺合料的可行材料。针对以上问题本文采用室内试验的方法,开展了钢渣石、钢渣砂、钢渣粉末和粉煤灰最优替代率混凝土及其力学性能、耐久性能和微观形貌的研究,得到以下结论:
  (1)最优替代率分析。首先自行设计C30基准混凝土的配合比,然后采用正交试验的方法,将经热闷处理陈化处理两年后的钢渣石、钢渣砂及经粉磨处理的粉煤灰和钢渣粉末作为掺合料按不同比例替代基准混凝土中的原材料。以28d抗压强度值最大为目标,得到钢渣粉煤灰混凝土的最优替代率为粉煤灰10%,钢渣石20%,钢渣砂20%,钢渣粉末10%。
  (2)力学性能分析。最优替代率混凝土前期的力学性能不如基准混凝土,28d龄期时两组的力学性能指标相近,后期最优替代率混凝土的力学性能高于基准组。
  (3)耐久性能分析。最优替代率混凝土在抗冻融性、抗渗透性、抗收缩性和抗氯离子渗透等方面表现更优,但其前期的抗碳化能力低于对照组,后期抗碳化能力高于对照组,耐久性能和安定性均符合要求。
  (4)微观形貌分析。钢渣界面过渡区与碎石比较,其骨料与过渡区粘结产物多,连接更加紧致;最优替代率混凝土三掺胶凝物质体系水化产物更加丰富、密集,与其后期性能结果相统一。
  本论文以固废利用、保护环境为出发点,探寻了混凝土原材料替代材料的最优替代率,并结合相关的室内试验,科学的对比分析了最优替代率混凝土与基准混凝土的相关力学性能和耐久性能,为降低混凝土护坡成本、增加固废利用奠定了一定的理论基础和实践方法,对于减少混凝土护坡砌块不可再生原材料的使用及环境保护具有一定的实际意义。
[硕士论文] 谢兴富
地质工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:粉煤灰与脱硫石膏是燃煤电厂的两大固体废弃物,随着火电行业的发展,其产量越来越大,但利用率提升缓慢,因此大量堆积。目前,粉煤灰已被广泛用作灰坝的子坝加高材料,由于场地有限,脱硫石膏在堆放过程常常混入粉煤灰中,因此研究粉煤灰-脱硫石膏混合体(以下简称“灰膏混合体”)作为灰坝坝基材料的可行性具有重要意义。论文针对脱硫石膏混入灰渣库这一问题,进行一系列物理、化学、力学试验,研究灰膏混合体的工程力学性质,并采用GeoStudio软件对以灰膏混合体作坝基材料的灰坝进行渗流和稳定分析。本文完成的主要内容有:
  (1)分别对取自四川珙县电厂的粉煤灰和脱硫石膏进行试验研究,测定其主要成分、比重、颗粒级配、界限含水率等。结果表明,粉煤灰主要矿物成分为石英和莫来石,为级配良好的粉土质砂;脱硫石膏主要成分是CaSO4·2H2O,为级配良好的低液限粉土。
  (2)分别选取粉煤灰和三种脱硫石膏掺量(10%、30%和50%)的灰膏混合体进行力学特性研究,包括其比重特性、击实特性、压缩特性、渗透特性和三轴剪切强度。结果表明,粉煤灰与混合体均为透水性较弱的中低压缩性材料,三种混合体的强度较粉煤灰均有一定程度的提高;试验材料的压缩性与内摩擦角受细粒含量的影响,均与脱硫石膏掺量呈负相关关系。
  (3)采用南70型渗透仪对三种不同比例的灰膏混合体进行淋滤试验,分析混合体中可溶性物质的种类、含量以及淋滤作用对混合体物理力学性质的影响。结果表明,随着混合体中石膏掺入量的增大,相应淋滤液中SO42--离子浓度的峰值及稳定值均呈增大趋势;淋滤过程中,混合体的渗透系数有增大趋势,且随石膏掺量的增大而减小;淋滤后试样的强度值与石膏掺量呈负相关关系,与淋滤前相比,粘聚力大幅降低,内摩擦角略有增大。
  (4)分别采用GeoStudio软件中的SEEP/W程序和SLOPE/W程序,对不同石膏掺量的灰膏混合体作坝基的灰坝,进行不同工况下的渗流分析和坝基稳定计算。结果表明,不同石膏掺量的灰膏混合体作坝基的子坝,其浸润线在不同工况下均未超过坝坡。不同材料做坝基的灰坝,在各工况下的安全系数均大于规范要求的最小值,坝基稳定;其中,掺石膏30%的灰膏混合体作坝基材料时安全系数最高。
[硕士论文] 蔡云惠
防灾减灾工程及防护工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:堆石料常运用于水利、港口等基础工程的建设中,具有十分重要的工程应用价值。作为堆石坝的重要组成材料,堆石料具有许多优秀的工程特性,比如承载力高,压实性能好,透水性强,填筑密度大,沉陷变形小以及可就地取材等。随着堆石坝坝高和规模的扩大,对堆石料本身特性例如剪胀、颗粒破碎的研究就显得更加重要。为了建立起合理的堆石料本构模型,正确地分析堆石料本身的强度和变形特性并进行数值模拟,本文提出了堆石料三维多重机构边界面模型,与多组堆石料试验结果进行了数值模拟对比,具体的研究工作和成果如下。
  (1)堆石料的应力应变特性与材料的密度、压力等状态密切相关。针对堆石料的变形与强度非线性,在临界状态和边界面弹塑性理论框架内,建立了一个堆石料状态相关三维多重机构边界面模型。模型将复杂的宏观变形行为分解为一个宏观体应变机构和一系列空间分布的相互独立虚拟微观剪切机构。每个微观剪切机构包含3个方向的微观剪应力-应变关系和微观应力-剪胀关系。引入一个与密度、压力相关的状态参数,用以统一描述不同状态下堆石料的变形和强度特性。模型包含13个参数,多数具有明确的物理意义。对多组堆石料三轴压缩试验结果进行模拟计算,模型模拟值与试验结果吻合良好,说明模型能够较合理地预测堆石料的应力应变特性。
  (2)针对堆石料易发生颗粒破碎的特性,本文在堆石料三维多重机构边界面模型的基础上,从状态参量和过程参量两个方面考虑颗粒破碎对力学特性的影响。对多组不同密度和不同围压下的堆石料三轴试验数据进行了模拟,模型的模拟结果与试验结果大致吻合,模型能够合理地反映堆石料的颗粒破碎特性,而通过塑性功来考虑颗粒破碎的影响具有更好的适用性,可以模拟材料全荷载周期下的颗粒破碎和力学特性。
[硕士论文] 杨建
土木工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国水利水电工程建设向边远地区发展,粉煤灰、矿渣等优质掺合料缺乏,开发当地具有火山灰活性的矿物掺和料,成为水工混凝土矿物掺和料发展的必然趋势,凝灰岩作为一种火山灰质材料在我国分布广泛,且具有较高的活性物质含量,研究凝灰岩的特性及对混凝土性能的影响对凝灰岩的广泛使用具有重要实用价值。
  本文取用西藏桑日附近的凝灰岩进行行破碎、粉磨,研究结果显示,凝灰岩的粉磨符合粉磨动力学方程、RRB方程和分形理论;对粉磨后的凝灰岩物理化学特性进行分析,并研究其火山灰活性,认为桑日凝灰岩具有一定的火山灰活性,凝灰岩掺量为30%时,活性指数大于60%。胶砂强度随凝灰岩掺量的增加线性下降,随细度增加略有提高,凝灰岩后期活性增长幅度较小。采用XRD、TG-DTA、SEM+EDX、MIP等手段对水泥—凝灰岩/粉煤灰胶凝体系微观结构进行研究分析,发现桑日凝灰岩的火山灰活性要低于Ⅰ级粉煤灰火山灰活性,且凝灰岩火山灰作用主要在早龄期,后期活性增长幅度较小;凝灰岩颗粒也能起到一定的填充效应及微集料效应,且掺入凝灰岩和粉煤灰都可以优化混凝土孔结构,但凝灰岩粉细化孔结构水平要略差于粉煤灰。将凝灰岩作为掺合料应用于混凝土中,对比掺凝灰岩的混凝土性能与传统粉煤灰混凝土性能差异,结果表明将桑日凝灰岩作为掺合料应用于混凝土中,掺凝灰岩的混凝土性能与掺粉煤灰混凝土拌合物性能相近,强度发展规律类似,抗渗、抗冻指标满足水电工程要求,可以替代部分粉煤灰用于水工混凝土中。
[硕士论文] 王倩芸
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:堆石混凝土(Rock Filled Concrete,简称RFC),是利用自密实混凝土(SCC)的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点,在粒径较大的块石内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体。因其造价低、施工方便,近十年来广泛地应用于水利工程中。堆石混凝土施工冷缝对这类结构的工程特性影响显著。为此,本文基于室内堆石混凝土剪切试验,系统地研究了堆石混凝土的剪切性能。主要研究内容如下:
  (1)开展了不同竖向力下作用下的RFC冷缝剪切试验,通过破坏规律和破坏形态,获得其剪切破坏机理,和堆石混凝土层间抗剪强度的应力-应变方程,确定了RFC的层间抗剪摩擦系数和抗剪粘聚力。同时进行了标准混凝土试块的抗压强度试验,分析自密实混凝土试块、堆石混凝土试块、和堆石样芯三种标准试件的破坏机理。
  (2)开发了堆石混凝土数值计算模型。以剪切面的三维扫描重构法为基础,得到每个剪切面块石的接触函数密度,构建堆石混凝土的数值模型,通过对比了0、0.5、1、1.5、2Mpa时的试验破坏模型,验证了数值模拟的可靠性,深入分析堆石混凝土的剪切破坏机理。
  (3)获得了堆石混凝土的破环模式。堆石混凝土的层间剪切破坏中,随着竖向力的增大,其承受的剪切力越大,堆石的磨损破坏越严重。试件的破坏是由自密实混凝土的磨剪压坏,堆石内部延剪切面的断裂,以及块石和自密实混凝土连接面的磨剪受损三部分组成。因堆石的强度较高,剪切破坏是先由自密实的磨损产生细小裂缝,连接冷缝面的磨剪逐渐脱落,后由堆石的磨剪受损内部产生裂缝,裂缝延纹理被剪断,同时堆石和自密实混凝土的连接面受剪脱落,试件最终破坏。对比标准混凝土试块的试验,验证了块石的强度较高,且破坏通常延纹理展开。
  (4)提出了堆石混凝土的剪切计算公式。依据堆石混凝土的剪切破坏机理及数学表达,在对现有的剪切计算公式对比分析的基础上,修正了剪切计算公式并提出了其适用范围,为堆石混凝土结构在实际工程中的应用提供了参考。
[硕士论文] 文元湘
水利水电工程 长沙理工大学 2017(学位年度)
摘要:胶凝砂砾石材料是其筑坝材料是将较少的胶凝材料和施工现场不进行处理的砂砾石料,通过拌和而得到的一种材料。具有的安全、环保、经济等显著优点,中、低水头的胶凝砂砾石坝在各种类型水利工程中具有广阔的应用前景。本文通过试验与数理计算相结合的方式,研究了水灰比及砂率对胶凝砂砾石材料强度及离散性的影响,建立了强度时变模型及溶蚀退化模型,并基于强度的离散性及渗透特性对胶凝砂砾石坝的可靠性进行分析。经过一系列的实验研究及理论分析,取得了如下一些成果:
  (1)固定砂率及用水量的情况下,水灰比在0.7时取得强度最大值;当固定水灰比时,砂率为30%时强度最大。水灰比及砂率过大或过小都会降低材料的强度,但由于砂率对强度的影响较缓,总体上水灰比才是影响强度的主要因素;离散性研究表明材料强度最大时的试件组离散性较小,比如水灰比0.7时,变异系数为0.58,这说明选择最佳配合比降低胶凝砂砾石材料的离散性起积极作用;
  (2)由于水灰比是影响材料强度的主要因素,因此将水泥用量、表征材料内部拓扑结构的最大浆体强度MTP、时间参数等因子结合起来,通过一系列数理计算及分析建立预测强度随时间的变化的时变模型。通过对比胶凝砂砾石材料实验值及模型计算值得出最大误差为14.29%(小于15%),计算精度较高,可以为预测胶凝砂砾石材料不同时间点的强度提供一定的参考借鉴价值。
  (3)通过溶蚀渗透试验研究可以了解到,在水压力作用下胶凝砂砾石材料强度下降的原因为水化产物的溶解造成的薄弱层增加以及孔隙率增大造成的,并以实验数据建立了强度的溶蚀退化模型。经过一些系列耐久性实验研究表明,添加外加剂能够提高胶凝砂砾石材料的耐久性,为增强胶凝砂砾石坝的耐久性建议添加外加剂;
  (4)首先研究了胶凝砂砾石材料的可靠性分析方法,然后运用该方法对多组数据进行相关计算,可以了解到材料离散性的越小坝体可靠性越大,同时可以了解多种因素共同作用下,只要保证各个因素单独的离散性在合理范围内,整个坝体体系的可靠度就能满足工程要求。总而言之,材料离散性过大对坝体稳定性起不利影响,需要尽量减少材料的离散性保障胶凝砂砾石坝满足工程安全要求。
[硕士论文] 李云龙
水工结构工程 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:粗粒土即粗粒组(0.075≤d≤60mm)的含量大于50%的土,具有较高的抗剪强度以及很强的承载能力,碾压后能达到较高的密度,不易产生过大的沉陷变形,透水性优良,而且分布广泛便于开采,是一种良好的工程材料,已被用于各类工程建设中。土石坝由于建设成本相对较低,对地形地质条件适应性强等优点在我国水电建设中得到了广泛地应用。我国土石坝主要建设在西南地区,尽管有丰富的水利资源,但地质条件复杂,地震发生频率高,地震烈度大,因此,保证土石坝的安全和正常运行格外重要。
  土体力学性质十分复杂,动力特性受到很多因素的影响(比如排水条件,荷载类型、大小,振动频率,振幅等),动力变形参数的选取不能简单的采用经验参数的方法,对于一些重大型工程,必须用室内试验来模拟现场的土体的实际应力情况来确定。因此,对粗粒土的动力特性开展试验研究对于实际工程来说很有必要。
  本文利用大连理工大学研制的大型动力单剪仪对大连石灰岩进行了动模量阻尼试验研究,分析了粗粒料的应力应变滞回曲线在不同围压和动剪应变幅值下的变化规律,试验结果表明粗粒土的骨架曲线很好地符合双曲线模型,并求出了对应的模型参数,分析了粗粒土在10-4~10-2应变范围内动模量和阻尼比的变化规律。
  本文还利用大型动力单剪仪对古水水电站灰岩堆石料做了残余变形试验,绘制了残余剪应变和残余体应变在不同振次下的的变化曲线,分析了残余体应变、残余剪应变随围压、动应力比、振次的变化规律,利用沈珠江残余变形模型对试验结果进行了整理,求得了对应的模型参数。针对沈珠江残余变形模型在高围压和高动应力比条件下拟合较差以及在实际计算中偏大的特点,改进了残余变形双曲线模型,参数意义明确,稳定性较好,仅用一套参数就能求取各个振次下的残余变形,对多种粗粒料进行了不错的拟合。
  试验研究结果可以丰富粗粒料的动力试验研究资料,有利于进一步研究粗粒土的动力变形特性,为大坝的抗震设计与分析提供一定的依据。
[硕士论文] 钟林
水利工程 西安理工大学 2017(学位年度)
摘要:当前沥青混凝土心墙坝的发展迅速,而我国的地震带非常发育,我国水能资源丰富的西南地区更是地震频发的地区,我们将必不可少的遇到在高烈度地区建坝的情况。然而,由于大家对高土石坝沥青混凝土心墙的动力性能了解认识较少,对高土石坝沥青混凝土心墙坝的抗震性能还有疑虑,这已经开始制约沥青混凝土心墙坝的发展。为了研究高土石坝沥青混凝土心墙的动力性能,从而进一步推动沥青混凝土心墙坝的发展,本文通过试验研究了沥青混凝土动扭剪荷载下的动力性能和不同标号沥青沥青混凝土的动力性能,主要得出了以下结论:
  (1)不同围压的动扭剪试验表明,围压对于沥青混凝土动扭剪荷载作下的动力性能有影响:在试验围压(0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa)范围内,围压越大,沥青凝土的动剪切应力应变关系曲线分布越高,同一动剪切应变对应的动剪切应力越大。随着围压的增大,动剪切强度与动剪切模量增大,沥青混凝土抵抗动扭剪荷载的能力提高。
  (2)不同固结比的动扭剪试验表明,固结比对于沥青混凝土动扭剪荷载作用下的动力性能有影响:在试验固结比(1.0,1.2,1.6)范围内,随着固结比的增大,沥青混凝土的动剪切强度、动剪切模量以及同一动剪切应变对应的动剪切应力均先增大后减小。
  (3)不同标号沥青沥青混凝土小梁弯曲试验表明,沥青标号对于沥青混凝土弯曲性能有影响:沥青混凝土抗弯强度对应的应变随着沥青标号的增大而增大,沥青标号的提高有助于沥青混凝土变形能力的提高,但是抗弯强度与模量降低。沥青标号对沥青混凝土强度的影响随着沥青标号的升高而减小。
  (4)不同标号沥青沥青混凝土的动三轴试验表明,沥青标号对于沥青混凝土的动力性能有影响:随着沥青标号的增大,对应沥青混凝土的动应力-动应变关系曲线分布降低,同一应变下沥青混凝土动应力减小,同一动应力下的动应变增大:沥青混凝土的动模量随着沥青标号的增大而减小,但是减小的幅度不是很大,沥青标号的变化对于沥青混凝土的阻尼比影响不大,阻尼比均在0.1~0.35之间变化。
[硕士论文] 郭庆兵
材料工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着国家对海洋资源和海疆安全越来越重视,海洋工程大量兴建,混凝土作为海洋工程的基本结构材料其稳定性非常重要,不同于陆地环境,海水中存在大量的离子,其中有些对混凝土材料具有较强的腐蚀作用,本文针对海水中三种主要侵蚀离子:Cl-、Mg2+和SO42-,根据其侵蚀机理不同分别进行实验研究。
  通过C3A、AFm与AFt之间相互转化的关系,以及转化条件进行研究,首先进行了热力学理论分析,提出物质转化的理论基础;然后进行实验验证,包括通过高温炉煅烧制成纯度较高的C3A,进行转化实验,并对得到的试样进行XRD和SEM微观分析,结果证明:无论是热力学理论分析还是实际操作实验C3A与AFm可以在Cl-存在的环境下转化为Fridel's盐,而热力学理论分析AFt并不能与Cl-反应生成Fridel's盐或者三氯铝酸盐,但是实验得到的XRD衍射图谱中却发现了Fridel's盐的存在,推测原因是钙矾石转化过程中不够彻底,还存在一定量的C3A或者AFm,或AFt与AFm存在一个动态平衡,他们之间可以相互转化。
  对于Mg2+和SO42-,本文进行了水泥胶砂试件浸没于侵蚀离子溶液中不同龄期的腐蚀实验,然后对各腐蚀龄期胶砂试块进行了力学性能测试(抗折、抗压),然后对净浆试样进行XRD、SEM、BET等微观测试,结合微观和宏观分析了不同侵蚀离子对于不同水泥混凝土的侵蚀机理。结果证明普硅水泥在面对Mg2+和SO42-侵蚀的时候表现很差;矿渣水泥抗Mgz+侵蚀能力表现较差,而抗SO42-侵蚀能力相对普硅水泥要好一些;超硫酸盐水泥相较于矿渣水泥拥有更好的抗Mg2+和SO42-侵蚀能力;硫铝酸盐基水泥由于其独特的水化特性,在Mg2+和SO42-侵蚀的环境下,强度保持好,抗侵蚀能力也相对更好,自配硫铝酸盐A型和自配硫铝酸盐B型水泥从微观以及宏观相比较差别不大。纵向比较几种水泥抗侵蚀能力,自配A型=自配B型>超硫酸盐水泥>矿渣水泥>普硅水泥。
[硕士论文] 周桐
水利工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,水泥砂浆是我国建筑行业需求量最大、最重要的建筑材料,水泥砂浆材料的质量对建筑物的安全影响很大。当今土木水利工程领域中的重要课题之一就是对水泥砂浆材料性能的全面深入研究。因此,深入研究循环加卸载情况下的钢筋水泥砂浆的力学特性,对于解决工程实践问题具有重要的应用价值和重要的意义。
  本文应用长春科新试验仪器有限公司生产的SAW-2000微机控制电液伺服岩石试验机,对素水泥砂浆试件与加筋水泥砂浆试件进行循环加卸载实验,从而得到了应力—应变曲线,利用Origin软件对数据进行处理,得到试件的力学特性与滞回环的图像。借用Ansys数值模拟软件丰富试验的荷载梯度,得到了理想状态下的加筋水泥砂浆柱在循环加卸载条件下的应力—应变曲线、整体位移云图与应力云图。
  通过分析循环加卸载实验得到的应力—应变曲线,应用Ansys数值模拟软件对应力—应变进行了较好的模型拟合,得出了力学特性规律。加筋水泥砂浆柱进行固定荷载级别循环加卸载实验时,荷载级别为6MPa时,加筋水泥砂浆柱每次在6MPa应力的情况下的轴向应变分别为0.311%、0.323%、0.334%、0.340%、0.348%、0.355%、0.359%、0.361%、0.365%,每次轴向应变的变化幅度分别为3.86%、3.31%、1.84%、2.39%、1.81%、1.13%、0.75%、1.08%。荷载级别为5MPa时,加筋水泥砂浆柱每次在5MPa应力的情况下的轴向应变分别为0.303%、0.317%、0.330%、0.337%、0.343%,每次轴向应变的变化幅度分别为4.17%、4.00%、2.31%、3.68%。荷载级别为7MPa时,加筋水泥砂浆柱每次在7MPa应力的情况下的轴向应变分别为0.317%、0.329%、0.337%、0.342%、0.352%,每次轴向应变的变化幅度分别为4.17%、4.00%、2.31%、3.68%。加筋水泥砂浆柱进行九次循环加卸载实验后,每次循环加卸载形成的滞回环的面积分别为0.08275×106J/m3、0.08009×106J/m3、0.07814×106J/m3、0.07651×106J/m3、0.07629×106J/m3、0.07814×106J/m3、0.07926×106J/m3、0.07172×106J/m3。每次形成新的滞回环的变化幅度分别为-3.21%、-2.43%、-2.08%、-0.28%、2.42%、1.43%、-9.51%。加筋水泥砂浆柱进行荷载梯度递增循环加卸载实验时,荷载梯度为1MPa时,加筋水泥砂浆柱在3.5MPa、4.5MPa、5.5MPa、6.5MPa、7.5MPa和破坏时的轴向应变分别为0.118%、0.161%、0.240%、0.317%、0.429%、0.822%,每次轴向应变的变化幅度分别为36.44%、49.07%、32.08%、35.33%、91.61%。荷载梯度为2MPa时,加筋水泥砂浆柱在3.5MPa、5.5MPa、7.5MPa和破坏时的轴向应变分别为0.118%、0.241%、0.429%、0.822%。每次轴向应变的变化幅度分别为103.34%、78.25%、91.64%。
  素水泥砂浆柱进行荷载梯度为2MPa的荷载梯度递增循环加卸载实验时,每次循环加卸载形成的滞回环的面积分别为0.03675×106J/m3、0.07291×106J/m3,滞回环面积的变化幅度为98.39。加筋水泥砂浆柱进行荷载梯度为2MPa的荷载梯度递增循环加卸载实验时,每次循环加卸载形成的滞回环的面积分别为0.01868×106J/m3、0.03217×106J/m3、0.06953×106J/m3,滞回环面积的变化幅度分别为72.22%、116.13%。水泥砂浆柱的轴向应变与循环加卸载次数成正相关,水泥砂浆柱的整体位移与循环加卸载次数成正相关,水泥砂浆柱随着循环加卸载次数的增加,应力—应变曲线中的滞回环不断增多,产生的总的能量损失不断增大。加筋会使水泥砂浆柱承受更大的轴向应力,强度增大。加筋会使水泥砂浆柱在轴向受压过程中内部裂隙的摩擦增大。水泥砂浆柱破坏的实质就是在受压过程中水泥砂浆柱内部受力不均,受力在各个方向不同,因而导致了水泥砂浆柱产生劈裂破坏。加筋水泥砂浆由细裂纹的萌生、发育、扩展到贯通的过程,都伴随着能量的吸收和释放。因此,从能量的角度,研究分析加筋水泥砂浆试件破坏耗散能量的力学特性,将能量法与加筋水泥砂浆破坏的宏观特征联系起来。
[硕士论文] 梁泽龙
水利工程;水工结构工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:水工建筑物多以混凝土为主要材料,并且多数均服役多年,诊断其健康状态是一项重要的工作。其中,水工建筑物健康与否又可以混凝土结构实际工作应力予以反映。而在检测应力方法中,超声波检测是其中较为准确、便捷的方式之一。目前,针对混凝土应力与声学参数之间的研究多是借助试验方法进行,但在试验过程中,难免出现一些不可避免的因素对超声波传播产生一定影响,致使其中一些声学参数规律与其原本具备的规律有所差异。鉴于此,本文开展受载条件下混凝土超声波传播特性的数值模拟研究,主要研究内容及成果如下:
  (1)针对实验室混凝土的制备要求,参照《水工混凝土试验规程》中有关二级配混凝土的规定,基于随机骨料模型理论,借助MATLAB生成实验室混凝土二维细观模型中骨料各顶点的坐标点,并写入TXT文件,由它导入AUTO-CAD软件,实现二维细观模型的部件分类,由此可在ABAQUS软件中建立sj(砂浆)、jm(界面)、gl(骨料)三大部件予以后续计算。
  (2)基于混凝土破坏损伤机理,且从其受力特性(主要为受压)分析,采用基于规范推导的塑性损伤模型作为混凝土二维细观模型中各组分的本构关系,其中以隐式有限元法求解,实现混凝土细观模型的单轴受压损伤分析,而以显式有限元法求解,实现超声波在混凝土细观模型中的传播。
  (3)基于ABAQUS软件,提出一种建立应力场与声场耦合的分析方法。其具体过程为:提取受力变形后的各单元坐标,重构几何模型;以塑性损伤模型中损伤因子与弹性模量之间的关系与过镇海所给的泊松比的建议取值公式,重定义模型的基本属性,通过上述方式保存混凝土细观模型在应力场中的某种状态,而后模拟超声波在“已处理”的混凝土二维细观模型中传播。
  (4)以本文提出的耦合应力场与声场的方法实现受载条件下的混凝土超声波传播的模拟,在获得相应时域波形图之后,以快速傅里叶变换与小波分析对其进行时频分析,获取一些基本声学参数:波速、首波振幅、最大振幅、主频、主频幅值、谱面积、加权谱面积,通过分析发现加权谱面积、首波振幅、波速对应力变化相对敏感,然后使用ORIGIN软件分别将它们与应力进行拟合,获得应力与声学敏感参数之间的关系式。
[硕士论文] 陈聪
水利工程;水利水电工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:北方寒区的水工混凝土结构,由于温度低,会反复遭受水结冰以及融化带来的损伤,最终会发生冻融破坏,对结构安全稳定性产生巨大影响。抗冻性是混凝土结构耐久性中极其重要的一个方面。
  本文采用室内实验的方法,采用不同的配比制作五组混凝土试块,着重对冻融循环作用下混凝土承载力劣化特性进行了研究,研究内容以及得到的主要结论如下:
  (1)利用冲击回波法测试经历了不同冻融循环次数后的混凝土内部应力波波速。研究发现,对于同一组试块,随着冻融循环次数的增加,混凝土内部P波波速会出现一定程度的降低,不同配比的混凝土的变化情况并不相同。在相同冻融循环次数下,水灰比小的混凝土相比水灰比大的混凝土,波速变化要缓一些,添加了引气剂的混凝土相比未添加引气剂的混凝土波速变化要缓。
  (2)通过单轴加载实验研究不同冻融循环次数下的混凝土极限抗压强度以及应力-应变曲线变化规律。实验表明,对于同一组试块,随着冻融循环次数的增加,混凝土极限抗压强度会出现一定程度的降低,对于同一强度的混凝土,在相同冻融循环次数下,水灰比小的混凝土的极限抗压强变化相比水灰比大的混凝土要缓一些。在配比相同的情况下,虽然添加了引气剂会引起混凝土强度的降低,但是极限抗压强度的变化对比未添加引气剂的混凝土要缓一些。随着冻融循环次数的增加,所有规格混凝土都表现为极限抗压强度下降,峰值应变上升。
  (3)对同一组试块,研究遭受不同冻融循环次数后混凝土内部P波波速以及强度之间的关系,并通过幂函数以及指数函数进行数据拟合。研究发现,遭受冻融破坏的混凝土的极限抗压强度与其内部P波波速存在良好的相关性。
  (4)在进行混凝土试块单轴抗压实验的同时,通过VIC-3D系统拍摄试块从加载开始一直到破坏的过程,后期通过软件对所拍摄的图片进行处理,研究冻融与荷载共同作用下混凝土表面变化规律以及破坏过程。
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