混凝土/岩石界面断裂率相关性试验研究

摘要

建在岩基上的混凝土结构在工作阶段会遭受动荷载的作用，结构的安全性设计往往也更依赖在动荷载作用下所表现出的性能。随着21世纪西部大开发战略的全面部署，多座混凝土高坝在西南等高烈度地震区进行建设。本论文以建在岩基上的混凝土抗震性能为背景，结合国家自然科学基金项目（51579033），主要针对地震特征应变率范围内的混凝土/岩石界面断裂特性开展了以下几方面的试验研究： 1、为研究混凝土/岩石界面断裂的应变率效应，利用MTS试验机对混凝土/岩石复合试件分别进行了轴向拉伸试验、劈拉断裂试验和三点弯曲试验，进行轴向拉伸试验和三点弯曲试验的试件还包括纯岩石试件和纯混凝土试件。试验通过裂缝张开口位移进行控制，获得了不同应变率下的荷载-裂缝张口位移曲线，据此计算了荷载上升段的吸能能力（三点弯曲试验中计算得到了试件的断裂能），文中对混凝土/岩石复合试件断裂特性在中低应变率范围内的率效应机理进行了分析，并对比了准脆性材料界面断裂与母材断裂率效应的异同。 2、对混凝土/岩石复合试件进行四点剪切试验，通过调整母材的相对长度将试验分为三种模态工况，按照应变率的不同，每组工况下分别进行四组试验，以研究动荷载作用时混凝土/岩石界面在不同受力状态下的力学特性。试验获得了荷载-裂缝张口位移曲线，并采集到裂缝张口位移、裂缝剪切位移和两加载点位移随时间的变化情况。根据以上试验结果，分别对峰值荷载的应变率效应和模态比相关性进行分析，并计算得到了不同模态下界面张开型和剪切型动态应力强度因子时程曲线。 3、利用MTS试验机对带有预制裂缝的混凝土和岩石三点弯曲梁试件进行循环加载试验，以研究混凝土、岩石等准脆性材料在地震应变率范围的循环荷载作用下的断裂性能。试验获得了循环加载下荷载-裂缝张口位移全曲线，据此得到了试验曲线的共同点轨迹线，并对循环加载试验的外包络轮廓和单调加载试验曲线的形状进行了比较。通过计算得到了试件的断裂能和滞回环的耗散能。利用试验过程中采集到的声发射数据，对混凝土试件和岩石试件在该荷载历史下的声发射特性展开了分析。

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摘 要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 界面力学基本理论

1.2.1 界面力学的产生及发展

1.2.2 界面裂纹的应力奇异性

1.2.3 界面裂纹的破坏准则

1.3 国内外研究现状及发展动态

1.3.1 混凝土/岩石界面断裂研究

1.3.2 混凝土、岩石等材料的动态性能研究

1.3.3 界面材料的动态性能研究

1.4 本文的选题意义及研究内容

2 混凝土/岩石界面动态断裂性能的轴拉试验研究

2.1 引言

2.2 试验概况

2.2.1 试验方案

2.2.2 试件制作与安装

2.3 试验结果分析

2.3.1 试件的破坏形态

2.3.2 荷载-张口位移曲线

2.3.3 应变率对峰值荷载的影响

2.3.4 应变率对吸能能力的影响

2.3.5 应变率对失稳断裂韧度的影响

2.4 本章小结

3 混凝土/岩石界面动态断裂性能的劈拉试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 试验方案

3.2.2 试件制作与安装

3.3 试验结果分析

3.3.1 试件的断裂形态

3.3.2 荷载-张口位移曲线

3.3.3 应变率对峰值荷载的影响

3.3.4 界面失稳断裂韧度

3.4 本章小结

4 混凝土/岩石界面动态断裂性能的三点弯曲试验研究

4.1 引言

4.2 试验概况

4.2.1 试验方案

4.2.2 试验装置与试件安装

4.3 试验结果分析

4.3.1 试件的破坏形态及应变变化

4.3.2 荷载-张口位移曲线

4.3.3 应变率对峰值荷载的影响

4.3.4 应变率对断裂能的影响

4.4 本章小结

5 混凝土/岩石界面动态断裂性能的四点剪切试验研究

5.1 引言

5.2 试验概况

5.2.1 试验方案

5.2.2 试验装置与试件安装

5.3 试验结果分析

5.3.1 试件的破坏形态及裂缝位移变化

5.3.2 荷载-张口（剪切）位移曲线

5.3.3 率相关性及模态比相关性分析

5.3.4 界面动态应力强度因子

5.4 本章小结

6 循环荷载下混凝土和岩石断裂特性试验研究

6.1 引言

6.2 试验概况

6.2.1 试验方案

6.2.2 试件制作与安装

6.3 试验结果分析

6.3.1 荷载-张口位移曲线

6.3.2 断裂能与耗散能

6.3.3 循环加载试验的声发射特性

6.4 本章小结

结 论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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