基于PFC 3D的某水利工程中混凝土凍融損傷破壞試驗(yàn)研究

田 豐

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院檢測(cè)試驗(yàn)研究中心，新疆 昌吉 831100 )

在水利工程中混凝土材料很難不應(yīng)用到，所建水利設(shè)施壽命在一定程度上取決于所用混凝土材料性能，水利設(shè)施受到凍融循環(huán)、雨水侵蝕等長(zhǎng)此以往的破壞，對(duì)內(nèi)部混凝土性能均是較大的傷害，特別是在我國(guó)西北、東北等氣候寒冷地區(qū)，研究混凝土凍融循環(huán)性能對(duì)開(kāi)展水利工程選材具有重要幫助[1-3]。國(guó)外已有諸多學(xué)者[4-6]基于室內(nèi)試驗(yàn)與理論推導(dǎo)等手段，開(kāi)展了混凝土凍融循環(huán)研究。國(guó)內(nèi)一些水利工程師[7-9]基于數(shù)值模擬手段，引入巖石力學(xué)損傷分析理論，探討了混凝土凍融循環(huán)損傷演化特征。還有一些學(xué)者[10-12]利用先進(jìn)的試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展破壞力學(xué)、細(xì)觀等理論與試驗(yàn)相結(jié)合的研究。利用PFC 3D顆粒流軟件，不同于其他數(shù)值軟件，混凝土這種材料非常契合PFC 3D的研究對(duì)象特征[13-14]，開(kāi)展多次凍融循環(huán)次數(shù)的損傷破壞實(shí)驗(yàn)研究，為認(rèn)識(shí)水利工程中混凝土材料凍融性能提供一定參考。

1 凍融損傷混凝土模型建立

寒區(qū)水利工程中混凝土常常會(huì)受到凍融侵蝕，導(dǎo)致混凝土從表到里逐漸失去保護(hù)層，強(qiáng)度或其他抗?jié)B特性均會(huì)受到一定損害，為此，本文在利用PFC 3D研究?jī)鋈趽p傷混凝土?xí)r，以混凝土為層狀結(jié)構(gòu)考慮，分為損傷層與無(wú)損傷層，如圖1所示構(gòu)造。并依據(jù)前人文獻(xiàn)知，凍融損傷層厚度與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系如公式(1)：

d=1.742×10-5N3-0.004N2+0.322N+0.179

(1)

式中：d為凍融損傷層厚度，mm；N為凍融循環(huán)次數(shù)。……