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岩石-混凝土界面裂缝扩展过程的试验与数值研究
岩石-混凝土界面裂缝扩展过程的试验与数值研究
摘要：本文针对岩石-混凝土界面裂缝扩展过程进行了试验与数值研究。通过三点弯曲试验获得了岩石-混凝土界面裂缝的扩展性能，进一步开展了有限元数值模拟分析。研究表明，岩石-混凝土界面裂缝的扩展过程具有不规则裂纹形态和复杂的扩展路径，同时裂纹扩展的速度呈现出先快后慢的趋势，而后期裂缝扩展速度受到混凝土强度的影响较大。数值模拟结果表明，考虑岩石与混凝土的不同性质对裂缝扩展形态和速度具有一定的影响，同时也能够反映出试验现象的趋势和规律，为工程实际应用提供了一定的理论和技术支撑。
关键词：岩石；混凝土；界面裂缝；扩展性能；数值模拟
一、引言
在岩石与混凝土结构中，界面裂缝的扩展问题一直是研究的热点之一。界面裂缝的出现会导致结构的力学性能下降，严重时甚至会导致结构的破坏。因此，深入研究岩石-混凝土界面裂缝的扩展过程，对于工程实践具有重要的意义。
目前，对于岩石-混凝土界面裂缝的扩展机制和性能研究，已经有不少研究成果取得了一定的进展。试验研究方法一般采用静载的方法，通过应力-应变曲线记录界面裂缝的扩展过程。数值模拟方法主要采用有限元法，模拟界面裂缝的扩展形态和速度。本文将采用上述两种方法相结合的方式，对岩石-混凝土界面裂缝的扩展过程进行试验与数值研究。
二、试验方法
1.试件制备
本试验采用混凝土与岩石拼装试件。混凝土采用标准水泥砂浆，按照1:2:3的比例配制而成。岩石样品选用红花岗岩，钻取得到的岩石样品直径为50mm，长度为100mm。
岩石-混凝土拼装试件采用环氧树脂胶进行粘结，助剂配比为2%。试件制作完成后1天内养护，然后放置在恒温恒湿室内，以达到试验前的标准状态。
2.试验装置
本实验采用三点弯曲试验机进行试验。试件放置在试验机上，两端分别固定，下端支撑板设有突出部分，以夹住试件。
试验过程中，加载头和试件之间加装了一层钢板，以光滑加装面，避免加载头与试件接触处产生剪应力影响试验结果。
3.试验过程记录
试验过程中，通过力-位移传感器记录加载过程中的载荷和位移变化情况。通过数据采集器将瞬间数据进行记录，跟踪试验过程中力-位移曲线的变化情况。同时，通过高速摄像机对试件表面进行拍摄，获得载荷不同时岩石-混凝土界面上的裂缝情况。
三、试验结果分析
实验结果显示，岩石在加荷过程中先达到峰值荷载，随后发生一定的塑性变形，之后裂缝开始发生并向正中心扩展。岩石-混凝土界面裂缝形态呈不规则形态，在裂缝扩展过程中出现扭曲和旋转，扩展路径复杂。同时，裂缝扩展速度呈现出先快后慢的趋势，且后期扩展速度受混凝土强度的影响较大。
四、数值模拟分析
数值模拟采用ABAQUS软件，将岩石非线性渐进损伤层合材料模型和混凝土本构方程组合在一起，建立三维模型，进行有限元数值模拟。模拟结果表明，岩石-混凝土界面裂缝的扩展形态和速度受到岩石和混凝土的不同性质的影响，并且与试验现象的趋势和规律较为吻合。
五、结论
通过本文的试验与数值模拟研究，对岩石-混凝土界面裂缝的扩展过程进行了探讨。结果表明，岩石-混凝土界面裂缝的扩展过程呈现不规则裂纹形态和复杂扩展路径，裂缝扩展速度呈现先快后慢的趋势，混凝土强度对后期裂缝扩展速度影响较大。同时，数值模拟能够反映出试验现象的趋势和规律，为工程实际应用提供了一定的理论和技术支撑。