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混凝土材料在动态荷载下的力学性能是当前的研究热点之一。大骨料混凝土在动态荷载下的多轴力学性能,是研究和分析大体积混凝土结构的基础,对在地震荷载下大坝等构筑物的设计和安全评估具有很重要的意义。本文结合国家自然科学基金面上项目“大骨料混凝土多轴动态强度试验和八面体空间动态破坏准则研究”(项目编号:51079019),利用大连理工大学研制的大型静、动三轴试验系统,对大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土在单轴和多轴应力状态下的动态性能(应变率为10-5~10-2/s)进行了系统的试验研究。主要研究内容及结论如下: 对大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土进行了动态单轴受压和受拉性能的试验研究。分析了大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土的抗压强度、抗拉强度、应力-应变曲线、初始弹性模量、峰值应变与应变率之间的关系。试验结果表明:不同应变率下的大骨料和湿筛二级配混凝土的破坏形态类似。随着应变率的提高,大骨料及其湿筛混凝土的强度和弹性模量随之增加。随着应变率的提高,混凝土材料的应变增加量较小,试件的宏观裂缝数目逐渐增加,并存在着更多的骨料破坏。根据试验结果建立了大骨料及其湿筛混凝土的强度、峰值应变、弹性模量与应变率的关系公式。 研究了不同预加初始静态荷载和应变率对大骨料混凝土的动态单轴受压性能的影响规律。大骨料混凝土的动态抗压强度随着预加初始静态荷载的增加而降低。当初始静态荷载较大时,动态强度降低的趋势更加明显。在初始静态荷载下,大骨料混凝土的应力应变曲线段与静态荷载下相同。当应变率增加时,曲线的斜率即发生变化,其切线模量明显增加,而峰值应变没有明显的改变。 对大骨料混凝土预先施加不同应变率的三轴荷载历史,之后对经历荷载历史的试件进行同应变率的单轴受压试验。研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的应变率和应力比荷载历史的关系。试验表明:在单轴受压试验时,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏形态不同于单轴抗压的柱状破坏而与三轴荷载下的斜剪破坏极为相似。经历荷载历史后大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高。强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加。 对干燥和含水饱和状态的大骨料混凝土进行单向恒定侧压下的动态力学性能试验研究。研究了饱和含水量、应变率和侧向压应力对大骨料混凝土的抗压强度、临界应变和应力-应变曲线的影响。试验表明:大骨料混凝土的动态强度随着应变率增加而增加,动态强度随着侧压力大致呈抛物线型变化,且均在侧压力为0.5fc时达到最大值。由于自由水的粘性作用,水饱和状态下大骨料混凝土的强度应变率效应普遍高于干燥状态下大骨料混凝土。建立了干燥和含水饱和状态的大骨料三级配混凝土在双轴荷载下的动态破坏准则。 对大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土进行了三轴压应力和三轴拉-压-压应力状态下的动态性能试验。为保证试件的稳定破坏,试验中始终保持三轴荷载比例的恒定。分析了应变率和应力比对大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土的破坏形态、强度、峰值应变和应力-应变曲线的影响规律。试验结果表明,应变速率对混凝土试件的宏观破坏形态几乎没有影响,破坏形态的变化主要取决于应力比。随着应变率的增加,三级配和二级配混凝土的强度随之增加。总体上,有拉应力存在的应力组合情况下,混凝土的动态强度增加明显。并且,动态强度增加系数在三轴拉-压-压荷载下最大,而在三轴压荷载下最小。根据试验结果建立了考虑相似角θ影响的大骨料三级配及其湿筛二级配混凝土材料的动态破坏准则。