基于扩展无网格方法的大体积混凝土温度裂缝演化机理研究

随着近年来国内多个大型水电站的建设，高混凝土坝大体积混凝土的温度裂缝控制问题也日益突出，在水电界"无坝不裂"的现象已经成为了无可争辩的现实。本课题拟在推导基于阻力曲线模型的裂缝扩展准则的基础上，编制一套建立在非线性徐变模型、考虑龄期效应和无需物理网格自动重分基础上的扩展无网格程序，以高效地全自动模拟大体积混凝土温度裂缝的发生、扩展的全过程，从而实现对大体积混凝土在复杂环境下温度裂缝的开裂机理研究以及抗裂安全评价，为以后进一步的研究和工程设计施工提供基础性的技术储备 ，为高混凝土坝结构安全性的评价提供准确、客观的依据。本项目紧密围绕我国水电开发中需要解决的关键科学问题进行探讨，其研究既有重要的理论意义，又有重大的工程应用价值。

随着近年来国内多个大型水电站的建设，高混凝土坝大体积混凝土的温度裂缝控制问题也日益突出，在水电界“无坝不裂”的现象已经成为了无可争辩的现实。本课题依托武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室，应用混凝土非线性徐变理论和断裂力学理论对混凝土材料在变化温度荷载作用下的开裂问题进行了理论分析，主要采用无网格、连续-离散耦合、颗粒流等方法对大体积混凝土温度裂缝开裂演化机理进行了深入研究，研究内容如下： . （1）提出了一套基于非线性徐变模型的温度应力仿真计算方法，并通过试验和数值仿真实例验证了非线性徐变模型在计算混凝土徐变温度应力时的准确性；. （2）进一步推导了考虑时间效应的混凝土本构模型和破坏准则，并运用具有时间效应的混凝土非线性本构模型来模拟温度应力的发展变化过程，及时跟踪温度拉应力超标部位，如果超过混凝土的抗拉强度，则应用时间非线性弥散裂缝模型模拟温度裂缝的宏观发生、扩展过程；. （3）编制了建立在非线性徐变模型、考虑了混凝土的龄期效应和无需物理网格自动重分基础上的扩展无网格法计算程序，对大体积混凝土温度裂缝的开裂演化机理进行了深入研究。该程序可以高效地全自动模拟大体积混凝土温度裂缝的发生、扩展的全过程，从而实现对大体积混凝土在复杂环境下温度裂缝的开裂机理研究以及抗裂安全评价；. （4）采用有限元热流耦合精细算法进行大体积混凝土施工期温度场仿真分析，考虑了水管水温沿程的变化，真实反映水管附近的温度梯度，对大体积混凝土水管冷却温度及应力进行仿真分析；. （5）对在外界复杂气候条件影响下，混凝土表面温度裂缝的发生、发展过程进行了颗粒流及连续-离散耦合分析，真实地模拟了温度荷载作用下的混凝土开裂过程，对混凝土表面裂缝产生机理进行了初步探讨。