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

混凝土坝材料强度抗震特性研究存在三个突出问题，一是单轴动态强度研究较多，多轴动态强度研究很少，这对拉压状态设计是不利的。二是多轴动态强度准则没有考虑相似角对动态强度的影响，三是多轴动态强度很少考虑大骨料特性。为此进行大坝迎水面常用三级配及湿筛混凝土在地震条件的应变率下的四种应力比的双轴压、四种应力比的双轴拉压、四种应力比的三轴压、四种应力比的三轴拉压强度试验。三级配混凝土试件尺寸为250mm立方体（压）、250mm*250mm*500mm（拉、压），湿筛试件为100mm立方体（压）、横截面为100mm*100mm的哑铃型（拉压），每一应变率、每一应力比下至少试验三个试件，在试验基础上建立用应力不变量-八面体应力表示的破坏准则，该准则考虑了相似角的影响，从而反映在拉、压子午线间动态强度的变化。同时考虑随静水压力增长，动态强度的变化，考虑三级配与相应的湿筛二级配混凝土的动态强度关系。

利用静、动三轴试验机对三级配混凝土及相应的湿筛二级配混凝土进行了动态单轴拉压、双轴压、双轴拉压、三轴压和三轴拉压压状态下的强度试验。分析了加载速率(应变率为10-5~10-2)和应力比对三级配及相应的湿筛二级配混凝土破坏形态及强度的影响。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，三级配和湿筛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。在八面体应力空间中，随着应变率的增加，八面体正应力、剪应力均相应增加。对大骨料混凝土预先施加不同应变率的三轴压荷载历史，之后对经历荷载历史后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加载速率（应变率为10-5~10-2）和应力比的荷载历史的关系。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。经历荷载历史后的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。在试验的基础上，建立了考虑相似角和静水压力影响的八面体应力空间的三级配与相应湿筛二级配混凝土的动态破坏准则，并应用该准则编制了有限元分析程序，分析了混凝土坝的抗震性能，与抗震规范相比，应用该破坏准则可节省混凝土材料。