矩形节理界面对花岗岩—混凝土组合体轴压细观力学行为影响

岩体表面施工时会形成可观的随机不规则节理界面,而界面又是影响岩石—混凝土组合体稳定的关键。基于水平光滑界面的花岗岩—混凝土组合体材料单轴压缩试验,采用颗粒离散元程序PFC2D进行建模与参数标定,考虑不同节理倾角与高宽比的矩形节理界面,利用正交设计方法,开展不规则矩形节理对花岗岩—混凝土组合体轴压力学行为的细观模拟研究。结果表明:随着节理倾角的增加,组合体峰值应力与弹性模量呈现出“V”字的变化趋势,节理倾角的增加对应力—应变曲线有着显著的影响,而角度一定时高宽比的增加会改变同角度时的峰值应力与应变;节理倾角的增加会改变裂隙的数量与分布区域,组合体的最终破坏模式也随着倾角的改变从压缩破坏逐渐转变为剪切滑移破坏,且贯通主裂隙集中在矩形节理的角点处,沿角点处向外扩展导致模型的最终破坏;建立了考虑高宽比、节理倾角的本构方程。

界面粗糙度对花岗岩-混凝土组合体力学特性的影响研究

随着隧道建设向长大深埋方向发展,隧道围岩与混凝土交界处的力学性能对保证隧道开挖和支护安全具有重要意义,因此在隧道施工过程中,弄清不同条件下围岩与混凝土交界处的力学性能尤为关键。本文以某穿花岗岩隧道为例,对含有不同界面粗糙度的花岗岩-混凝土组合体进行单、三轴条件下的压缩试验,探究其对组合体力学性能的影响。结果表明:在单轴压缩下,组合体的混凝土部分发生剪切破坏并形成倒锥体,而花岗岩部分形成垂直界面的劈裂裂纹,呈现劈裂和剪切的双重破坏形式;三轴条件下,主要集中在混凝土部分发生剪切破坏而花岗岩部分无明显裂纹;组合体的抗压强度随着界面粗糙度的增加而增加,应力峰值的增加幅度随围压增加而减小。

不同界面倾角岩石-混凝土组合体蠕变特性研究

为探究岩石-混凝土界面对地下建筑支护结构失效的影响,通过7种不同界面倾角的岩石-混凝土组合体试件的单轴和分级加载蠕变试验,研究了其蠕变特性。研究结果表明:随界面倾角的增大,组合体抗压强度呈“W”形变化,倾角在0°,45°,90°时出现极大值,而倾角在30°,60°~75°时出现极小值;并将其破坏模式分为轴向破坏、组合破坏、界面破坏等3种典型破坏模式。组合体蠕变破坏强度低于单轴抗压强度,表明长期加载对组合体会造成损伤;瞬时应变随界面倾角的增大,先减小后增大;与倾角0°的相比,倾角45°,60°,75°,90°的瞬时应变分别减少了22.68%,47.72%,52.01%,4.56%;蠕变比随应力水平的提高呈下降-稳定-上升3个阶段特征;随界面倾角的增大,蠕变破坏临界应力逐渐减小,蠕变稳定阶段逐渐缩短,组合体稳定性逐渐降低。基于试验结果对Burgers蠕变模型参数进行辨识,所得理论曲线与瞬时变形和衰减蠕变阶段试验数据吻合较好。研究成果可为深入认识混凝土支护与围岩结构界面倾角引起的蠕变破坏机制及地下建筑结构支护安全提供参考。

岩石-混凝土组合体单轴压缩力学与破坏特征数值模拟研究

目的为研究单轴压缩条件下混凝土组分骨料含量、强度等级、占比和界面倾角对岩石-混凝土组合体力学与破坏特征的影响,方法结合凸多边形随机骨料生成投放程序与RFPA2D分析系统,构建组合体数值模型并进行数值模拟。结果组合体的破坏类型可分为由混凝土组分破坏并延伸至花岗岩组分或两种组分及界面共同破坏引起的“两体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”,由混凝土组分单独破坏或混凝土组分和界面共同破坏引起的“单体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”。对界面处应力状态进行分析,从理论上解释了沿界面宏观裂纹的形成原因;组合体抗压强度接近混凝土的抗压强度,其值与混凝土组分强度等级正相关而与占比负相关;组合体弹性模量数值模拟结果与理论值吻合较好,且与骨料含量和强度等级正相关,与混凝土组分占比和界面倾角负相关;组合体泊松比与骨料含量和混凝土组分占比负相关,强度等级对其影响较小;组合体抗压强度和泊松比均随界面倾角的增加先减小后增加。结论构建了含骨料岩石-混凝土组合体数值模型,并运用RFPA2D分析系统对4种组合方式组合体进行数值模拟,可通过提高混凝土组分强度、降低混凝土组分占比与材料间的界面倾角提升组合体的力学特性。研究结果可为地下或坝体等工程的稳定性分析提供参考依据。

单裂隙岩石-混凝土组合体断裂特征颗粒流模拟

为了研究不同长度及倾角的裂隙对岩石-混凝土组合体强度和破坏模式的影响,基于颗粒流模拟软件(PFC),通过对比预置裂隙试样的室内试验结果,选取最接近室内试验结果的一组数据标定细观参数,由此对含预置裂隙的岩石-混凝土组合体数值模型进行单轴压缩试验。结果表明:单裂隙岩石-混凝土组合体的承载能力和弹性模量随裂隙倾角的增大整体呈增大趋势,建立了不同裂隙长度和裂隙倾角的增量函数;裂隙长度对岩石-混凝土组合体力学特性的影响显著;岩石界面的应力状态和混凝土界面附近的约束效应决定裂纹能否扩展通过界面,根据裂纹的分布情况,分析发现裂纹萌生与扩展的根本原因是应力场的变化和转移,破坏过程中岩石-混凝土组合体的破坏模式由拉伸破坏逐渐转变成宏观剪切破坏,揭示了单裂隙岩石-混凝土组合体单轴压缩的损伤演化规律。

隧道衬砌混凝土/岩石组合体动力学特性数值模拟研究

为探讨混凝土-花岗岩组合体的动态破坏机理,采用LS-DYNA软件建立分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)数值模型,模拟了组合体在不同冲击荷载、主动围压、节理接触面积(JMC)、锯齿形状和界面倾角下的σ-ε关系、强度特性和能量特性。结果表明:组合体的抗压强度与围压、JMC和冲击压强呈正相关,随界面倾角α的增大(0°→90°)呈“U”形变化,倾角α接近材料破坏角45°时组合体破坏最严重,耗散能最大;界面的存在使得应力波在混凝土-岩石试件中传播更为复杂,组合体动态峰值抗压强度的大小主要取决于混凝土,具有明显的应变率、围压增强效应;同一入射能作用下,其值接近组合材料屈服极限时,混凝土-花岗岩、花岗岩-混凝土组合体和混凝土单体的反射能接近,相比混凝土单体,波阻抗大的岩单体透射能大,吸收能小;组合体破碎形态主要表现为混凝土的劈裂和压剪破坏。研究结果有助于理解组合岩层的动态破坏规律。

主动围压作用下混凝土-花岗岩组合体抗压力学特性与强度预测模型研究

混凝土-花岗岩组合体属于工程中典型的二元材料,在三轴条件下表现出与单体不同的力学响应特性。对混凝土单体(concrete monomer,简称CM)、花岗岩单体(granite monomer,简称GM)、混凝土-花岗岩组合体(concrete-granite combined body,简称CGCB)进行不同围压下的准静态压缩试验,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)观察CGCB破坏后断口和界面的微观结构,并利用RFPA模拟CGCB的破坏过程,揭示组合体试件的整体裂纹扩展和破坏机制。最后基于Mohr-Coulomb强度准则建立了组合体三轴抗压强度预测模型。结果表明:组合体的单(三)轴抗压强度与材料尺寸效应和界面约束效应有关;随围压增大,组合体破坏状态由单轴的“Y”型劈裂破坏转变为混凝土组分剪切破坏;数值模拟结果表明,不同围压条件下远离界面的混凝土和界面近区的花岗岩依次发生损伤,逐渐形成贯通剪切裂纹,导致花岗岩组分发生劈裂破坏;所构建的强度预测模型能和试验结果、数值模拟很好地对应,表明了模型的准确性。研究结果可为深部地下工程结构的开挖和支护提供科学依据。

花岗岩石粉蒸压加气混凝土的制备及性能

【目的】实现以大掺量(质量分数,下同)低品位硅质固废制备蒸压加气混凝土(autoclaved aerated concrete,AAC)。【方法】研究不同掺量花岗岩石粉对AAC料浆发气、抗压强度和干密度等的影响,确定优化掺量配比;通过X射线衍射(X-ray diffractometer,XRD)、傅里叶转换红外光谱(fourier transform infrared spectrometer,FTIR)、场发射扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)等表征手段对AAC微观性能进行分析。【结果】花岗岩石粉掺量为60%时,AAC抗压强度为3.02 MPa,干密度为523㎏/m^(3),性能较优;主要矿物成分为托贝莫来石、水化硅酸钙和残留的石英等;托贝莫来石、水化硅酸钙等水化产物与未反应的石英相互交织形成坚固的网状结构,使AAC致密并具有强度。【结论】花岗岩石粉主要含低活性SiO_(2),属于低品位硅质固废,以花岗岩石粉60%替代黄河特细砂制备AAC,物理力学性能可满足GB11968-2020中混凝土砌块抗压强度A 3.5、 B 05级的性能要求。

大理石废粉-花岗岩废料复合多孔混凝土性能试验研究

为了将花岗岩废料和大理石废粉大量应用于混凝土中,文章结合已有研究结果,在多孔混凝土中掺入花岗岩废料作为再生粗骨料,掺入大理石废粉取代部分水泥,旨在实现自然资源的有效利用,降低混凝土的生产成本,对多孔混凝土组成材料进行技术创新以指导工程实践。结果表明:掺入大理石废粉(4%、8%)和花岗岩废料(20%、40%)后,多孔混凝土的抗压强度较未掺入提高了20.5%~29.7%;复掺大理石废粉4%和花岗岩废料40%后,可使多孔混凝土抗压强度达到最高;复掺大理石废粉8%和花岗岩废料20%后,可使多孔混凝土透水系数达到最高。

喷层混凝土-围岩组合体波动特性及动力特性研究

针对早龄期喷层混凝土与围岩黏结面近区介质的动态冲击问题,利用Φ75 mm SHPB试验装置,分别对龄期为3 d,7 d,10 d喷层混凝土-围岩组合体试件进行SHPB试验,对其应力波传播规律及其动态力学特性进行了研究。试验结果表明:透射系数与冲击速度和混凝土龄期密切相关,随冲击速度的增大,不同龄期试件透射数均呈减小的变化趋势,相同冲击速度下,透射系数随试件龄期的增大而增大;随着应变率的增大,试件混凝土破坏模式由张应变破坏向压剪破坏转变,岩石呈现出张拉破坏特征;组合体动态抗压强度及动态强度增长因子随应变率的增大而增大;应变率大于80 s^(-1)时,3 d龄期试件表现出塑性特性,7 d和10 d龄期试件则表现出脆性特性。

刚性弹体侵彻混凝土和花岗岩数值模拟研究

为了研究混凝土靶板和花岗岩靶板的抗侵彻能力,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对刚性弹体侵彻Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型混凝土靶板和花岗岩靶板的过程进行数值模拟,通过数值模拟结果与试验结果及理论公式计算结果的对比,验证数值模拟结果的有效性.结果表明,在相同条件下,刚性弹体在花岗岩靶板中受到的阻力大于相应的混凝土靶板,而且在刚性弹体同样的初始侵彻速度下,弹体侵彻混凝土靶板后的残余速度明显高于弹体侵彻花岗岩靶板后的残余速度,混凝土靶板的侵彻深度也明显高于花岗岩靶板的侵彻深度.针对刚性弹体正侵彻两种靶板结果的分析表明,花岗岩靶板相比混凝土靶板在抗击弹体侵彻能力方面更显著,可为防护工程结构设计提供支撑和依据.

钢筋混凝土构件组合体徐变系数的计算

钢筋混凝土构件的徐变可以用来估计结构物如大型桥梁的长期变形,不仅与混凝土的徐变特征有关,其取值还涉及构件配筋及受力状况.以钢筋混凝土构件为对象,推导了钢筋混凝土构件在轴向受压和压弯状态下徐变系数的计算方法,分析了徐变可复、不可复和部分可复3种徐变方程计算结果的差异,采用混凝土标准试件和钢筋混凝土配筋压柱进行了徐变试验,并分析比较了计算结果.结果表明,文中介绍的3种徐变方程的计算结果与试验结果接近,可以方便应用。

喷层混凝土-围岩组合体的循环冲击压缩试验研究

针对巷(隧)道爆破开挖施工中,喷层混凝土和围岩黏结面近区双层介质动态力学问题,利用Φ75 mm SHPB试验装置,对龄期为3 d,7 d,10 d的混凝土-岩石组合体试件进行不同冲击气压的循环冲击试验。结果表明,早龄期混凝土对组合体试件的动力特性影响较大,在0.52 MPa冲击气压下,循环冲击2次后,组合体试件力学特性由塑性转变为脆性,峰值应变减小,弹性模量增大,随着循环冲击次数的增加,组合体试件力学性能被劣化,峰值应变增大,弹性模量降低;循环冲击后,混凝土与岩石端面均出现张拉损伤裂纹,混凝土损伤较岩石严重。对比0.54 MPa和0.56 MPa试验结果,发现试件耗散能与损伤值呈负相关关系,低入射能条件下组合体试件损伤更小,这对现场施工具有重要的指导意义。

花岗岩洞渣在抗渗混凝土中的应用性能研究

为对隧道开挖过程中产生的大量废弃洞渣进行固废利用,以无岳高速WYTJ-07标段隧道施工项目为依托,用其产生的变质花岗岩配制机制碎石、机制砂;开展花岗岩抗渗混凝土配合比试验,揭示花岗岩洞渣对抗渗混凝土性能的影响规律,获得了C30P10花岗岩抗渗混凝土的最优配合比。试验结果表明:通过分析花岗岩洞渣的力学性能及岩石成分,判定该隧道花岗岩洞渣能满足要求,可以用来配制抗渗混凝土;根据不同配合比混凝土的坍落度、28 d抗压强度、抗渗等级,发现降低水胶比以及增大外加剂掺量能有效提高花岗岩抗渗混凝土的工作性能;当水灰比为0.43、外加剂掺量为1.1%时,C30P10花岗岩抗渗混凝土的性能满足要求,且最为经济。

洞渣花岗岩混凝土配合比设计优化研究

为研究隧道洞渣以不同强度等级花岗岩为骨料的混凝土最优配合比,以无岳高速WYTJ-07标段的隧道为例,研究其在开挖过程中产生的变质花岗岩洞渣,并将其加工成机制碎石和机制砂。通过改变花岗岩混凝土的水胶比和减水剂的掺量,进行两因素三水平的全面试验,优化洞渣花岗岩混凝土配合比。研究结果表明:无岳隧道洞渣中的变质花岗岩可以用于混凝土的配制;对于C15、C20、C25、C30、C40、C50的花岗岩混凝土,最优的水胶比分别为0.54、0.50、0.47、0.43、0.39、0.33,且减水剂掺量不低于1.0%。

基于FAHP模型的C50花岗岩混凝土配合比评价与优选

通过模糊层次分析法(FAHP)确定了花岗岩混凝土最优配合比为总目标,准则层影响因素包括制作成本B1、性能B2、生产效益B3;指标层影响因素包括人工成本C1、机械设备成本C2、原材料成本C3、7 d抗压强度C4、28 d抗压强度C5、坍落度C6、扩展度C7、经济效益C8、环境效益C9,并对试验组配合比进行了评价,建立了模糊一致性矩阵,最终得到了模糊综合评价结果。该模型可相对客观地选择花岗岩混凝土的最优配合比。

超百米深灌注桩水下花岗岩混凝土制备方法

使用现有混凝土对钻孔灌注桩进行灌注时,常因混凝土中含砂率偏小、和易性欠佳等因素造成混凝土堵塞导管,导致混凝土灌注中断,若重新灌注混凝土时,则钻孔灌注桩混凝土内会存在浮浆夹层,造成断桩。研究从水下花岗岩混凝土的原材料选择及检验、室内组分设计、室外搅拌站拌合验证、施工现场首根灌注桩灌注施工验证及实施效果5个方面进行超百米深灌注桩水下花岗岩混凝土制备进行详细阐述。

花岗岩与石灰岩骨料混凝土性能对比研究

本文主要探讨了花岗岩骨料混凝土和石灰岩骨料混凝土的性能差异。结果表明:花岗岩和石灰岩作为混凝土的骨料,对混凝土强度的影响差别不明显,但由于花岗岩本身的弹性模量较低,导致花岗岩骨料混凝土的弹性模量较低,对于有预应力张拉要求的混凝土结构,需要慎重考虑使用花岗岩作为骨料。此外,吸水率较大的花岗岩骨料混凝土的自收缩变化较大,随着龄期的增加,其干缩变化率也较大。花岗岩骨料混凝土的抗渗性能低于石灰岩骨料混凝土,而混凝土的抗渗性能较差会降低混凝土的抗盐冻耐久性能,但花岗岩骨料混凝土的抗盐冻性能仍符合GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》的要求。该研究结果有助于在特定工程场景下更好地选择和使用混凝土骨料种类。

花岗岩机制砂混凝土性能的研究

探讨了花岗岩机制砂混凝土配比中的应用效果。通过调整不同参量的花岗岩机制砂替代率进行替代天然砂,分析了其对混凝土工作性能的影响,结果表明在合适的配比下,花岗岩机制砂能够显著提高混凝土的流动性、同时能减少减水剂的添加,但当花岗岩机制砂参量过大时,混凝土坍落度呈现下降趋势。并通过SEM扫描电镜从微观角度解释混凝土力学性能变化的原因结果。

花岗岩石粉参数和掺量对水工混凝土性能的影响研究

掺加矿物掺合料不仅可以提升水工混凝土性能,还具有良好的生态价值和经济价值。此次研究以试验的方式探讨花岗岩石粉的比表面积、掺量和MB值3个参数对水工混凝土强度和抗渗性影响,建议选择过600目筛的花岗岩石粉,掺量为胶凝材料用量的15%。