单轴和三轴应力下棱柱体混凝土力学特性

摘要

不同材料、不同形状尺寸的混凝土在不同的受力状态下会表现出不同的变形破坏特征，破坏强度也会有不同的变化，而目前关于受力更符合实际情况的棱柱体的三轴试验极少。
　　本文研究了使用棱柱体试块（方形截面）在液压三轴室内开展常规三轴压缩试验的方式和技术，利用常规三轴设备开展棱柱体混凝土在不同侧压下的三轴压缩试验以及不同长宽比试块的单轴压缩试验。根据得到的单轴压与三轴压试验结果，分析了棱柱体混凝土强度特征、变形特性及试件的破坏形态，拟合了棱柱体混凝土三轴压下应力-应变全曲线，最后将同一试验机上开展的不同长宽比棱柱体混凝土单轴试验进行总结和分析，形成系统的力学性能的研究，具体研究内容如下:
　　(1)研究了使用常规三轴设备对（正方形截面的）棱柱体试块进行三轴试验的关键技术和方法，经过试验检验，该方法方便可行。
　　1)自制了与试块形状配套的横向位移传感器，在有限的压力室空间便于使用，且经验证量测设备满足精度要求。
　　2)设计加工了与棱柱体试块和三轴设备匹配的上下压头和适用于不同尺寸试块的底座压头。
　　3)对三轴设备的测量系统进行改造，通过加装一套更为先进的采集系统，使外置系统与三轴设备的内置测控系统能够联合使用，解决了三轴系统中的通道数量不足、采样速率偏低、电位器数值波动等问题。
　　(2)开展了棱柱体混凝土常规三轴试验，分析混凝土在三轴应力下的强度及变形性能。
　　1)分析了棱柱体混凝土单压和三轴压试验试件的破坏形态，结果表明围压和减摩对其有显著影响。
　　2)对三轴定侧压试验数据进行处理，分析棱柱体混凝土三轴抗压强度及相应变形、围压之间的关系。
　　3)三轴试验选用减摩与不减摩两种情况进行应力-应变曲线和特征值等的对比，发现随着围压的增大，端部效应对棱柱体混凝土的三轴强度影响逐渐减小，在围压为30MPa时，减摩与不减摩试块的应力-应变曲线最为接近。
　　4)对轴向应力-应变曲线拟合，并分别用D-P准则、Rechart破坏准则和Ansari常用的三种破坏准则来描述棱柱体混凝土的强度，结果显示Ansari破坏准则及D-P修正准则与实际破坏强度拟合程度较好。
　　(3)采用4种尺寸的棱柱体试块(分别为70.7mm×70.7mm×175mm、70.7mm×70.7mm×105mm、70.7mm×70.7mm×70.7mm和70.7mm×70.7mm×40mm)研究棱柱体混凝土的单轴力学性能。
　　1)通过单轴试验分析棱柱体混凝土的尺寸效应，结果显示立方体随着几何尺寸的增加，混凝土试件的单轴受压峰值应力和峰值点应变均降低，当几何尺寸减小时，试件的峰值应力降低而峰值点应变增大，显示出尺寸效应现象。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 选题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土三轴试验研究现状

1．2．2 混凝土试验试件

1．2．3 混凝土多轴试验变形量测方法

1．2．4 减摩方法

1．2．5 破坏形态

1．3 本文的研究内容和目的

2 试验概况

2．1 原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 石英细砂

2．1．3 石英粗砂

2．1．4 水

2．2 配合比设计

2．3 试件制备

2．3．1 搅拌机

2．3．2 搅拌工艺

2．3．3 成形工艺

2．3．4 养护

2．3．5 试块侧面处理

2．3．6 试块修补空隙

2．3．7 试块密封

2．4 本章小结

3．1 三轴压力机

3．2 位移传感器

3．3 数据采集系统

3．4 压头

3．5 减摩措施

3．6 本章小结

4 三轴受压试验

4．1 单轴压缩试验

4．1．1 破坏形态

4．1．2 抗压强度

4．1．3 应力应变曲线

4．1．4 单轴力学性能

4．2 三轴压缩试验

4．2．1 加载方式

4．2．2 破坏形态

4．2．3 力学性能

4．2．4 不同侧压下应力-应变曲线

4．2．5 应力-应变拟合曲线

4．2．6 破坏准则

4．3 本章小结

5 不同长宽比棱柱体混凝土单轴压缩试验

5．1 长宽比对试块破坏形态的影响

5．2 力学性能

5．2．1 不同长宽比单轴抗压强度和峰值点应变

5．2．2 弹性模量

5．2．3 泊松比

5．3 应力-应变曲线

5．4 棱柱体混凝土的尺寸效应

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集