寒冷地区碾压混凝土坝冻融损伤破坏机理研究

The frost resistance of roller compacted concrete (RCC) is related to the safety of the project, and it is also the key to the application of RCC dam technology in cold area. The project intends to access to RCC freeze-thaw damage characteristics by means of doing the research freeze-thaw test. Considering the influence of RCC construction level, based on the relative dynamic elastic modulus and Poisson's ratio of RCC under freezing and thawing conditions, the evolution equation of RCC and the four order isotropic tensor used to describe the freeze-thaw damage of RCC are established. Based on the Ottosen strength model, the failure criterion of the RCC freeze-thaw damage and the mathematical model about the nonlinear index, secant modulus and the secant Poisson's ratio under complex stress model were established, and the freeze-thaw damage constitutive model of RCC was determined under complex stress model. Then this paper carries out the numerical simulation study, analyzes the damage process and influencing factors and reveals the mechanism on the freeze-thaw damage of RCC dam. The research results of this project provide the theoretical basis and technical support for the design of RCC frost durability in cold region.

碾压混凝土的抗冻耐久性关系到工程的安全，也是碾压混凝土筑坝技术在寒冷地区应用的关键所在。本项目拟通过开展冻融试验研究，获得碾压混凝土冻融损伤特性；考虑碾压混凝土施工层面的影响，以碾压混凝土冻融损伤状态下相对动弹性模量和泊松比构建四阶各向同性张量描述碾压混凝土的冻融损伤，建立碾压混凝土冻融损伤演化方程；基于Ottosen强度模型，建立碾压混凝土冻融损伤破坏准则，构建复杂应力状态下非线性指标、割线模量以及割线泊松比数学模型，确定复杂应力状态下碾压混凝土冻融损伤本构模型；开展碾压混凝土坝冻融损伤破坏数值试验研究，分析碾压混凝土坝冻融损伤破坏过程及影响因素，揭示碾压混凝土坝冻融损伤破坏机理。本项目研究成果为寒冷地区碾压混凝土抗冻耐久性设计提供理论基础和技术支撑。

寒冷地区冻融损伤破坏严重影响了碾压混凝土结构的安全，制约了社会经济的发展，造成巨大的经济损失。尤其在东北严寒地区兴建的水工碾压混凝土建筑物，几乎100%工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。因此，研究碾压混凝土的冻融特性是保证结构安全的关键。.本项目开展了冻融循环次数对碾压混凝土质量损失率，吸水率、相对动弹性模量以及冻融损伤层厚度的影响；对冻融损伤后的碾压混凝土开展单轴、三轴试验，分析冻融循环次数对碾压混凝土力学性能的影响规律。基于碾压混凝土冻融损伤试验，建立不同冻融循环次数下碾压混凝土数值模型，通过标定冻融碾压混凝土不同力学性能参数来研究不同冻融循环次数下碾压混凝土三轴压缩细观破坏过程。运用Weibull-Lognormal统计分布模型建立了碾压混凝土冻融损伤本构模型。依据建立的本构模型和碾压混凝土静态压缩力学性能参数可以快速确定任意冻融循环次数和应变速率下碾压混凝土力学性能变化规律。在碾压混凝土坝温度场与徐变应力场仿真计算程序的基础上，嵌入本项目分析研究建立的碾压混凝土冻融损伤本构模型，同时考虑碾压混凝土施工期的热损伤，实现碾压混凝土坝冻融损伤数值模拟。研究碾压混凝土坝在冻融作用下损伤发展直至破坏的全过程，分析冻融损伤破坏的影响因素，揭示碾压混凝土坝冻融损伤破坏机理，并提出合理的预防措施。.本项目研究成果对掌握寒冷地区碾压混凝土冻融损伤特性、揭示寒冷地区碾压混凝土坝冻融损伤破坏机理有重要意义，为寒冷地区碾压混凝土筑坝技术的应用与发展提供理论依据和技术支持。