孔隙水壓循環(huán)次數(shù)對混凝土損傷影響

鄧 媛，鄒榮華，彭 剛，肖 杰，梁 輝

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌 443002； 2.長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430010 )

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孔隙水壓循環(huán)次數(shù)對混凝土損傷影響

鄧 媛1，鄒榮華2，彭 剛1，肖 杰1，梁 輝1

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌 443002； 2.長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430010 )

歷經(jīng)不同孔隙水壓循環(huán)次數(shù)(0,10,50和200次)后，進(jìn)行了中低應(yīng)變速率(10-4/s)下混凝土常三軸受壓損傷特性試驗(yàn)研究，分析其峰值應(yīng)力、應(yīng)變和彈性模量等基本力學(xué)參數(shù)隨孔隙水循環(huán)次數(shù)變化的關(guān)系。同時(shí)依據(jù)受壓切線模量的退化定義了損傷變量，得到應(yīng)力水平比-損傷曲線，對混凝土損傷特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：①歷經(jīng)不同孔隙水循環(huán)后，混凝土常三軸受壓峰值應(yīng)力和應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的增加呈指函數(shù)增加的趨勢；彈性模量隨循環(huán)次數(shù)的增加呈冪函數(shù)減小趨勢并逐漸趨于平緩。②歷經(jīng)不同孔隙水循環(huán)次數(shù)后，混凝土的損傷發(fā)展速度整體上均大于0次循環(huán)，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加損傷速度逐漸降低。③通過應(yīng)力水平比-損傷曲線，將混凝土損傷演化過程分為3階段：損傷起始階段、損傷發(fā)展階段和損傷失穩(wěn)階段，同時(shí)依據(jù)所求損傷變量數(shù)據(jù)，擬合構(gòu)建了損傷隨應(yīng)力水平比的演化方程。④依據(jù)損傷3個(gè)發(fā)展階段定義了損傷界點(diǎn)，分析了損傷界點(diǎn)和損傷3階段的應(yīng)力水平區(qū)間長度隨不同循環(huán)孔隙水壓次數(shù)的變化。分析表明，隨孔隙水壓循環(huán)次數(shù)的增加，損傷界點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力水平先增后減。

孔隙水循環(huán)次數(shù)； 常三軸受壓； 損傷特性； 損傷界點(diǎn)

目前，關(guān)于大氣自然條件下混凝土材料率效應(yīng)的研究已有大量成果，眾多學(xué)者不僅對混凝土的動(dòng)態(tài)抗拉、抗壓、彈性模量、泊松比等物理力學(xué)參數(shù)方面進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，在損傷破壞機(jī)理分析方面也取得了可喜成果[1-8]。王海龍等[9-10]對濕態(tài)混凝土中孔隙水壓力對混凝土開裂、擴(kuò)展和抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行了討論，認(rèn)為由于孔隙水壓影響，濕態(tài)混凝土的開裂應(yīng)力和抗壓強(qiáng)度比干燥混凝土有所降低，同時(shí)還利用斷裂力學(xué)對不同加載速率下飽和混凝土劈拉強(qiáng)度變化機(jī)理進(jìn)行了探討。李慶斌等[11]進(jìn)行了混凝土在水中及三軸應(yīng)力狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度特性試驗(yàn)研究，得到了密封條件下，干燥和飽和混凝土的強(qiáng)度均隨圍壓增加且增效明顯；而不密封時(shí)，干燥混凝土強(qiáng)度明顯降低。陳有亮等[12]基于損傷力學(xué)基本原理建立了單軸壓縮下水飽和混凝土的彈塑性損傷本構(gòu)模型，并結(jié)合太沙基“有效應(yīng)力原理”建立水飽和混凝土的單軸壓縮損傷演化方程。胡海蛟等[13]進(jìn)行濕態(tài)混凝土單軸壓縮試驗(yàn)研究，對自然濕度和水飽和混凝土的基本力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。大壩、海洋平臺(tái)、橋墩等結(jié)構(gòu)經(jīng)常在水環(huán)境中工作，由于混凝土具有毛細(xì)管-孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及水泥石的干燥收縮和溫度變形而引起的微裂縫，在水壓力作用下，水會(huì)滲透到混凝土孔隙中，使其處于飽和狀態(tài)；自然狀態(tài)下的混凝土材料也有一定含水率，孔隙水以及裂隙水的存在將導(dǎo)致混凝土材料力學(xué)性能顯著變化，這些變化會(huì)對混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、使用年限等產(chǎn)生一定的影響,而關(guān)于真實(shí)水環(huán)境下混凝土的動(dòng)靜態(tài)損傷特性研究相對較少，且在水環(huán)境對混凝土的動(dòng)態(tài)性能影響機(jī)理研究方面并未達(dá)成共識(shí)。

由此，本文進(jìn)行了歷經(jīng)不同孔隙水壓次數(shù)后，混凝土中低應(yīng)變速率下的常三軸壓縮試驗(yàn)，以對其損傷破壞機(jī)理進(jìn)行研究，為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下水環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的研究奠定一定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備為三峽大學(xué)10 MN大型多功能液壓伺服靜動(dòng)力三軸儀。該設(shè)備主要由控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)控制箱、加載框架系統(tǒng)、液壓油泵、圍壓系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分組成。加載框架可用于對試件進(jìn)行3個(gè)方向加載，其軸向和豎向最大動(dòng)靜力加載數(shù)值分別為5和10 MN。圍壓系統(tǒng)由壓力室外桶(頂部有活塞)、底座、高壓四通閥、12個(gè)卡緊塊及卡緊套構(gòu)成，可用來施加循環(huán)孔隙水壓預(yù)處理，可施加最大圍壓為30 MPa。圍壓桶還配備了由三峽大學(xué)自行設(shè)計(jì)的高壓水環(huán)境內(nèi)試件變形測量裝置，可以滿足試驗(yàn)要求。

1.2 試件制備

試驗(yàn)采用φ300×600 mm圓柱體試件，試件采用水泥為宜昌三峽水泥有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5硅酸鹽水泥，粗骨料為5～40 mm連續(xù)級(jí)配的碎石；細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.3連續(xù)級(jí)配的天然河砂，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30。配合比為水∶水泥∶砂∶石子=0.50∶1.00∶2.28∶3.72。試件成型方式為鋼模澆筑，為了使骨料與水泥均勻性分布，采用了先干拌后濕拌的機(jī)械攪拌方式。試件成型后在室溫下靜置24 h后拆模并編號(hào)，按20～40 mm的間距擺放在木質(zhì)墊條上，自然養(yǎng)護(hù)28 d。試驗(yàn)前，為了避免試驗(yàn)過程中出現(xiàn)試件偏心受壓及應(yīng)力集中的情況，對試件上表面進(jìn)行磨平處理。

1.3 試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)分為兩個(gè)部分：孔隙水循環(huán)處理和豎向加載。對混凝土試件進(jìn)行孔隙水循環(huán)處理，具體操作步驟如下：

(1)加載試驗(yàn)前，對試件先進(jìn)行水飽和預(yù)處理，即在有壓(5 MPa)水中浸泡24 h后，電腦控制軟件顯示圍位移不再隨時(shí)間增加而改變，即認(rèn)為混凝土已達(dá)水飽和狀態(tài)，將試件置于圍壓桶中，采用“圍壓控制”方式控制孔隙水壓力進(jìn)行上、下限加卸載。待圍位移不再發(fā)生較大變化時(shí)，以3 MPa/min的速率從上限值3 MPa開始卸載到下限值1 MPa，保持30 min，再以3 MPa/min的速率從下限值開始加載到上限值3 MPa。

(2)編制循環(huán)控制程序，不間斷重復(fù)加卸載步驟(1)，直至試驗(yàn)預(yù)訂的循環(huán)次數(shù)N。

然后在加載系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)變速率為10-4/s的常三軸加載試驗(yàn)，具體步驟如下：試件置于圍壓桶中，確認(rèn)圍壓桶在加載框架中處于水平狀態(tài)；給試件預(yù)加30 kN的初始靜荷載，以位移控制方式，按設(shè)定的應(yīng)變速率對試件進(jìn)行加載直至試件破壞，加載過程中保證圍壓3 MPa恒定不變，圍壓變化范圍控制在0.001 MPa。

2 混凝土基本力學(xué)參數(shù)分析

試驗(yàn)得到應(yīng)變速率10-4/s下不同循環(huán)次數(shù)時(shí)混凝土的峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、彈性模量數(shù)據(jù)見表1。取應(yīng)力-應(yīng)變曲線35%～45%處割線斜率作為混凝土彈性模量?；炷猎囼?yàn)曲線和其對應(yīng)的擬合曲線見圖1所示，其中應(yīng)變速率為10-4/s。

表1 基本力學(xué)參數(shù)

Tab.1 Basic mechanical parameters

孔隙水循環(huán)次數(shù)峰值應(yīng)力/MPa峰值應(yīng)變/10-3彈性模量/GPa孔隙水循環(huán)次數(shù)峰值應(yīng)力/MPa峰值應(yīng)變/10-3彈性模量/GPa0次39.952.1826.1450次40.212.7221.8310次39.962.5725.69200次44.332.9820.07

圖1 混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€Fig.1 Complete stress-strain curves of concrete

2.1 不同孔隙水循環(huán)次數(shù)峰值應(yīng)力分析

圖2 循環(huán)孔隙水次數(shù)與峰值應(yīng)力關(guān)系Fig.2 Relationships between number of pore water cycles and peak strain

由表1可見，隨著孔隙水循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土峰值應(yīng)力整體上呈增加趨勢。相對于0次循環(huán)，孔隙水循環(huán)10,50和200次后，混凝土峰值應(yīng)力分別增加了0.03%,0.65%和10.96%。同時(shí)可知，在循環(huán)10次和50次時(shí)，峰值應(yīng)力增速比較緩慢，而循環(huán)次數(shù)達(dá)到了200次時(shí)，峰值應(yīng)力出現(xiàn)了較大增幅。產(chǎn)生此種現(xiàn)象的原因是，當(dāng)循環(huán)次數(shù)不大于200次時(shí)，孔隙水的滲透壓力作用使混凝土產(chǎn)生有限損傷，產(chǎn)生一定數(shù)量厚度很薄的毛細(xì)裂縫，經(jīng)歷孔隙水壓循環(huán)作用后，混凝土孔隙中充滿了自由水，當(dāng)受到外部荷載作用時(shí)，孔隙在變形過程中就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的Stefan效應(yīng)，即產(chǎn)生阻止微孔隙擴(kuò)展(相對運(yùn)動(dòng))的阻力，并且在一定循環(huán)次數(shù)范圍內(nèi)，介質(zhì)內(nèi)飽和的自由水越多，Stefan效應(yīng)表現(xiàn)得越明顯，最終導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的增大。

圖3 循環(huán)孔隙水次數(shù)與峰值應(yīng)變關(guān)系Fig.3 Relationships between number of pore water cycles and peak stress

將循環(huán)次數(shù)和峰值應(yīng)力進(jìn)行歸一化處理，使單位統(tǒng)一。采用如下式(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。試驗(yàn)和擬合曲線圖形見圖2。其擬合所得系數(shù)分別為a1=0.17×10-2，a2=4.19。試驗(yàn)和擬合數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)達(dá)0.999 5，表明擬合效果良好。

σpk/σpk0=1+a1exp(a2N/Nmax)

(1)

式中：σpk為不同孔隙水循環(huán)次數(shù)下的峰值應(yīng)力；σpk0為0次循環(huán)下的峰值應(yīng)力；N為循環(huán)次數(shù)；Nmax為最大循環(huán)次數(shù)。

2.2 不同孔隙水循環(huán)次數(shù)峰值應(yīng)變分析

由表1可知，相對于0次循環(huán)，10，50和200次循環(huán)后，混凝土峰值應(yīng)變分別增加了17.89%，24.77%和36.70%。采用式(2)對峰值應(yīng)變和循環(huán)次數(shù)進(jìn)行擬合，得到擬合系數(shù)b1=0.79，b2=0.25，相關(guān)系數(shù)為0.999 0，擬合圖形見圖3。

(2)

式中：εpk和εpk0分別表示峰值應(yīng)變和0次循環(huán)后的峰值應(yīng)變。

由表1和圖3可見，隨著循環(huán)孔隙水次數(shù)增加，峰值應(yīng)變整體上也呈現(xiàn)增大趨勢，其增長速度逐漸降低，漸漸趨于平緩。這表明，循環(huán)孔隙水作用導(dǎo)致混凝土脆性性能降低，在一定程度上增加了其延性性能。且循環(huán)次數(shù)較低時(shí)，所表現(xiàn)出的效果最明顯，隨著循環(huán)次數(shù)增加，增加效果逐漸減弱，最終維持在一個(gè)穩(wěn)定值。

圖4 循環(huán)孔隙水次數(shù)與彈性模量關(guān)系Fig.4 Relationships between number of pore water cycles and elastic modulus

2.3 不同孔隙水循環(huán)次數(shù)彈性模量分析

由表1可見，隨孔隙水循環(huán)次數(shù)增加，混凝土初始彈性模量逐漸減小。相對于0次循環(huán)，10，50和200次循環(huán)后，彈性模量分別減少1.72%，16.49%和23.22%。相對于循環(huán)10次，循環(huán)50次后，出現(xiàn)較大減幅；而相對于50次循環(huán)，循環(huán)200次的減幅明顯減小。這表明，經(jīng)過循環(huán)孔隙水作用后，混凝土內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生了一定的初始損傷，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，損傷在不斷累積。將循環(huán)次數(shù)和彈性模量進(jìn)行歸一化處理，使單位統(tǒng)一。采用式(3)對彈性模量和循環(huán)次數(shù)進(jìn)行擬合，得到擬合系數(shù)c1= 0.24，c2=0.48，相關(guān)系數(shù)為0.956 5，擬合圖見圖4。

(3)

3 混凝土損傷特性分析

3.1 損傷變量的構(gòu)建和損傷特性分析

循環(huán)孔隙水能夠使混凝土產(chǎn)生初始損傷，導(dǎo)致初始彈性模量降低。由此以常三軸受壓切線模量的退化來描述不同孔隙水循環(huán)次數(shù)后，混凝土損傷變化特性。定義損傷變量D如下：

(4)

式中：E0為初始彈性模量；Eh為任意應(yīng)力水平下的切線模量。

圖5 不同孔隙水循環(huán)次數(shù)損傷變化曲線Fig.5 Damage curves under different number of pore water cycles

采用此種方法定義損傷變量，可以不計(jì)混凝土內(nèi)部初始缺陷造成的初始損傷。由此，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同次數(shù)循環(huán)孔隙水后，混凝土的損傷演化規(guī)律見圖5。由圖5可知，經(jīng)過10次，50次和200次孔隙水循環(huán)后，混凝土的損傷發(fā)展速度整體上比0次循環(huán)快；但隨著循環(huán)次數(shù)的增加，損傷發(fā)展速度反而有所減慢，這表明隨著循環(huán)次數(shù)增加，孔隙水滲透到混凝土內(nèi)部孔隙的量逐漸增多，導(dǎo)致進(jìn)行應(yīng)變速率為10-4/s的常三軸動(dòng)態(tài)受壓試驗(yàn)時(shí)，混凝土內(nèi)部孔隙水的Stefan效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，有效地阻礙了內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展，進(jìn)而延緩了損傷的發(fā)展。通過曲線可知，在應(yīng)力水平比小于0.2時(shí)，損傷處于起始發(fā)展階段，此階段由于循環(huán)孔隙水在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了初始損傷，同時(shí)又有圍壓水的作用，導(dǎo)致此階段持續(xù)較短，而迅速進(jìn)入下一階段，即損傷發(fā)展階段。此階段發(fā)生在應(yīng)力比為0.20～0.85，損傷發(fā)展速度逐漸增大，混凝土內(nèi)部損傷逐漸累積。當(dāng)損傷累積發(fā)展到一定程度時(shí)，即應(yīng)力比約0.9時(shí)，此時(shí)進(jìn)入損傷發(fā)展失穩(wěn)階段，損傷迅速發(fā)展，直至混凝土不能繼續(xù)承受更多荷載而發(fā)生破壞。

基于所求損傷變量，采用式(5)來對其演化規(guī)律進(jìn)行描述。

(5)

式中：D為損傷變量；a為相關(guān)系數(shù)；σ為某一時(shí)刻應(yīng)力。由此得到經(jīng)歷不同循環(huán)孔隙水次數(shù)后，混凝土損傷變量隨應(yīng)力水平比變化規(guī)律見圖6。0，10，50和200次孔隙水循環(huán)的擬合系數(shù)分別為3.787 0，2.280 3，2.850 9，3.540 5，對應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.993 1，0.994 0，0.989 0和0.995 7?？梢?，采用本文所建立的應(yīng)力水平比-損傷曲線方程能夠較好地描述不同孔隙水循環(huán)后，混凝土損傷演化規(guī)律。

圖6 不同孔隙水循環(huán)次數(shù)后應(yīng)力比-損傷曲線Fig.6 Stress ratios and damage curves after different cycles of pore water

3.2 損傷界點(diǎn)分析

上述分析可見，混凝土的損傷演化規(guī)律可以分為3個(gè)階段：損傷初始階段、損傷穩(wěn)定發(fā)展階段和損傷發(fā)展失穩(wěn)階段。這3個(gè)階段分界點(diǎn)的研究對損傷演化規(guī)律具有重大意義。由此，定義了損傷界點(diǎn)和損傷階段應(yīng)力水平區(qū)間長度。損傷界點(diǎn)分為：損傷第一界點(diǎn)和第二界點(diǎn)，分別指損傷發(fā)展第1階段的終點(diǎn)或第2階段的起點(diǎn)，以及損傷發(fā)展第2階段的終點(diǎn)或第3階段的起點(diǎn)。損傷階段應(yīng)力水平區(qū)間長度：即為相應(yīng)界點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力水平點(diǎn)將應(yīng)力水平區(qū)間所分成的3個(gè)區(qū)間段的長度，記為l1，l2和l3。其對應(yīng)的應(yīng)力水平為第1應(yīng)力水平和第2應(yīng)力水平，記為μ1和μ2。

結(jié)合損傷演化曲線三階段的特征統(tǒng)計(jì)得到歷經(jīng)不同孔隙水壓循環(huán)后，損傷過程三階段的應(yīng)力水平區(qū)間和損傷界點(diǎn)，見表2。

表2 損傷階段應(yīng)力水平區(qū)間和損傷界點(diǎn)

Tab.2 Lengths of stress level interval and damage boundary points

N/次μ1μ2l1l2l3N/次μ1μ2l1l2l300.14520.76490.14520.61970.2351500.17780.82770.17780.64990.1723100.16410.81080.16410.64670.18912000.13670.75410.13670.61740.2459

由表2可知，歷經(jīng)0次孔隙水循環(huán)后，混凝土損傷三階段的分配比例為14.51%,61.97%和23.51%；10次孔隙水循環(huán)后，比例為16.41%,64.67%和18.91%；50次孔隙水壓循環(huán)后，比例為17.78%,64.99%和17.23%；200次孔隙水壓循環(huán)后，比例為13.67%,61.74%和24.59%。這表明孔隙水壓循環(huán)次數(shù)改變了損傷三階段的分配比例。在孔隙水循環(huán)次數(shù)較低時(shí)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，損傷第1階段與第2階段的應(yīng)力水平區(qū)間長度也逐漸增加，第3階段的應(yīng)力水平區(qū)間長度減??；當(dāng)孔隙水循環(huán)次數(shù)達(dá)到200時(shí)，第1階段和第2階段的應(yīng)力水平區(qū)間長度反而減小，而第3階段應(yīng)力水平區(qū)間長度增加。損傷第一界點(diǎn)應(yīng)力水平在0.2左右波動(dòng)，損傷第二界點(diǎn)應(yīng)力水平在0.8左右波動(dòng)。

圖7的曲線走勢說明，在低孔隙水壓循環(huán)次數(shù)下，孔隙水壓循環(huán)次數(shù)的增加，使得損傷第一界點(diǎn)和第二界點(diǎn)向著應(yīng)力水平較高的方向推移；而歷經(jīng)高孔隙水壓循環(huán)次數(shù)(200次)后，第一和第二界點(diǎn)則處于較低應(yīng)力水平，界點(diǎn)的變化必然導(dǎo)致?lián)p傷3個(gè)階段應(yīng)力水平區(qū)間分配比例的變化。

圖7 歷經(jīng)不同孔隙水循環(huán)次數(shù)后應(yīng)力變化Fig.7 Changes in stress level after different cycles of pore water

4 結(jié) 語

歷經(jīng)0～200次孔隙水循環(huán)后，進(jìn)行了中低應(yīng)變速率下(10-4/s)混凝土常三軸試驗(yàn)研究，得到結(jié)論如下：

(1)歷經(jīng)0～200次孔隙水循環(huán)后，混凝土的峰值應(yīng)力隨循環(huán)次數(shù)增加而逐漸增加，且呈現(xiàn)指數(shù)增加的趨勢；其峰值應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的增加呈冪函數(shù)增加，并漸趨于平緩；而彈性模量則隨著循環(huán)次數(shù)增加逐漸減小，最終趨于平緩。隨著孔隙水循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土損傷發(fā)展的速度有所減緩，可依據(jù)應(yīng)力水平比-損傷曲線將損傷發(fā)展過程分為3個(gè)階段：損傷起始階段，應(yīng)力水平比為0～0.2；損傷穩(wěn)定發(fā)展階段，應(yīng)力水平比為0.2～0.85；損傷失穩(wěn)階段，應(yīng)力水平比在0.85之后。

(2)通過應(yīng)力水平比-損傷數(shù)據(jù)擬合得到損傷演化方程，所得到的方程能夠較好地描述循環(huán)孔隙水后，混凝土常三軸受壓損傷演化過程。

(3)針對損傷發(fā)展三階段，定義了損傷界點(diǎn)，并通過損傷界點(diǎn)對損傷3個(gè)階段對應(yīng)的應(yīng)力水平區(qū)間長度進(jìn)行了定量分析，得到歷經(jīng)不同孔隙水壓循環(huán)作用后，損傷第1階段和第2階段應(yīng)力水平區(qū)間長度呈現(xiàn)先增后減的趨勢，而第3階段則是先減后增。

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Influences of pore water cycles on damage properties of concrete under triaxial compression tests

DENG Yuan1，ZOU Rong-hua2，PENG Gang1，XIAO Jie1，LIANG Hui1

(1.CollegeofCivilEngineering&Architecture,ChinaThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China; 2.KeyLaboratoryofGeotechnicalMechanicsandEngineeringofMinistryofWaterResources，YangtzeRiverScientificResearchInstitute，Wuhan430010，China)

The triaxial compression tests of concrete are carried out to study damage properties after different number of pore water cycles at a middle strain rate of 10-4s-1.The relationships among mechanical properties including the peak stress,peak strain and elastic modulus with number of cycles are analyzed.And damage variable is defined according to the degeneration compressive tangent modulus.Thus,the curves of the stress levels-damage are obtained,and the damage properties of concrete are studied.The research results show that:①after different pore water cycle,the peak stress and peak strain of concrete under the triaxial compression show an exponential increasing trend with numbers of cycles.The elastic modulus shows a decreasing trend of the power function with the cycles,and then becomes slow.②damage growth rates under 10,50,and 200 cycles are greater than that under 0 cycle as a whole,and it decreases with number of cycles.③through the curves of stress levels-damage,the process of damage evolution can be divided into three parts:initial stage,development stage and instability stage.And according to the data of damage,the damage evolution equation is constructed by fitting.④according to the three stages of damage development,the damage boundary points are defined.The relationships between the damage boundary points with length of stress level of damage and the different pore water cycles are analyzed.The stress level of the damage boundary points increases at first and then decreases with the pore water cycles.

number of pore water cycles; triaxial compression test; damage properties; damage boundary point

10.16198/j.cnki.1009-640X.2016.06.012

鄧媛，鄒榮華，彭剛，等.孔隙水壓循環(huán)次數(shù)對混凝土損傷影響[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2016(6):83-89.(DENG Yuan,ZOU Rong-hua,PENG Gang,et al.Influences of pore water cycles on damage properties of concrete under triaxial compression tests[J].Hydro-Science and Engineering,2016(6):83-89.)

2015-11-24

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51279092)；三峽大學(xué)研究生科研創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2014CX022)；2014年湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心研究生自主探索基金項(xiàng)目；三峽大學(xué)培優(yōu)基金資助項(xiàng)目(2016PY026)

鄧 媛(1991—)，女，湖北宜昌人，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)工程方面的研究。 E-mail:690174099@qq.com 通信作者：彭 剛(E-mail:gpeng158@126.com)

TU502

A

1009-640X(2016)06-0083-07