采用DIC研究岩石-混凝土界面裂缝扩展过程

摘要

对于基岩混凝土大坝，由于岩石和混凝土非线性、非均质以及各向异性的特点，使得两者的界面处非常薄弱，加上易受到荷载、水流及温度变化等作用，因此极易在界面处产生沿界面扩展或向基岩方向扩展的裂缝，这种问题的存在对大坝的安全造成威胁，因而学者们一直致力于对界面断裂特性的研究。其中岩石-混凝土界面裂缝前端的断裂过程区(FPZ)对于界面断裂特性研究具有重要意义，因此，本文结合数字图像相关法(DIC)对岩石-混凝土界面裂缝的断裂过程区进行测量，并采用有限元方法进行断裂过程模拟，具体的研究内容如下:
　　(1)采用DIC测量岩石-混凝土三点弯曲梁试件界面裂缝扩展过程试件采用岩石-混凝土的复合试件，试件尺寸为100mm×100mm×500mm，缝高比0.3。通过DIC测量结果可知:岩石-混凝土试件的裂缝滑开位移与裂缝张开位移比值的均值为11％，可将其近似视为Ⅰ型断裂;岩石-混凝土界面断裂过程区的长度先随着荷载的变化而增大，当断裂过程区达到完整断裂过程区后，断裂过程区的长度开始减小;且当达到完整断裂过程区时的裂缝扩展长度与初始韧带长度的比值约为0.83。
　　(2)采用DIC测量岩石-混凝土四点剪切梁试件界面裂缝扩展过程
　　运用DIC对三种Ⅱ型分量不同的四点剪切梁试件的断裂过程区进行测量。试验结果表明:三种试件在各荷载级别下的滑开位移和张开位移比值呈三种不同变化趋势;通过对夹式引伸仪测得的挠度值与DIC测定挠度值进行对比，验证了DIC测量岩石-混凝土界面裂缝扩展过程的准确性。
　　(3)两种断裂形式界面裂缝扩展的数值模拟
　　在对界面Ⅰ型断裂模拟中采用Ⅰ型裂缝扩展准则和已提出的界面软化关系曲线，所得到的模拟结果与试验结果吻合良好，说明此模拟方法可用来模拟岩石-混凝土界面断裂过程区内的变化;运用沿界面破坏的实验评价准则模拟Ⅰ-Ⅱ复合型界面裂缝扩展，通过有限元方法得到的荷载-裂缝口张开位移曲线与试验结果符合良好，说明该准则可用于模拟Ⅰ-Ⅱ复合型界面裂缝扩展。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 混凝土断裂过程区的研究发展

1．2．1 断裂过程区的介绍

1．2．2 混凝土断裂过程区的影响

1．2．3 混凝土断裂过程区的研究现状

1．3 岩石-混凝土界面裂缝研究进展

1．4 数字图像相关法在混凝土断裂过程区研究中的应用

1．4．1 数字图像相关法介绍和发展

1．4．2 数字图像相关法在混凝土断裂过程区研究中的应用

1．5 本文研究内容

2 采用DIC测量岩石-混凝土三点弯曲梁界面裂缝扩展过程

2．1 引言

2．2 数字图像相关法的基本原理

2．2．1 测试原理

2．2．2 数字图像相关法所用硬件设备和基本操作步骤

2．3 试验概况

2．3．1 试验方案和试件制作

2．3．2 试验装置与数据采集

2．4 三点弯曲加载条件下岩石-混凝土界面断裂过程区演化过程

2．5 结果与讨论

2．5．1 断裂过程区内张开位移和滑开位移的关系

2．5．2 断裂过程区的扩展全过程

2．5．3 断裂过程区长度的变化规律

2．6 本章小结

3 采用DIC测量岩石-混凝土四点剪切梁试件界面裂缝扩展过程

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 试验设计参数

3．2．2 加载装置和试验过程

3．3 四点剪切加载条件下界面断裂过程区演化过程

3．4 结果与讨论

3．4．1 断裂过程区的扩展过程

3．5．2 裂缝张开位移和滑开位移的关系

3．4．3 DIC测量界面断裂过程区扩展过程的准确性验证

3．5 本章小结

4 两种断裂形式界面裂缝扩展过程数值研究

4．1 引言

4．2 岩石-凝土界面扩展过程数值模拟相关介绍

4．2．1 界面裂纹的振荡应力奇异性以及界面应力强度因子的计算

4．2．2 岩石-混凝土界面软化本构关系模型

4．2．3 岩石-混凝土界面裂缝扩展准则

4．3 三点弯曲加载条件下界面裂缝扩展数值结果与试验结果对比

4．3．1 P-CMOD曲线数值结果和试验结果的对比

4．3．2 界面断裂过程区数值计算结果和试验结果的对比

4．4 四点剪切加载条件下界面裂缝扩展数值结果与试验结果对比

4．4．1 P-CMOD全曲线的结果对比

4．4．2 数值模拟中Ⅱ型分量与Ⅰ型分量比值变化

4．5 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