透水混凝土疲劳断裂机理及其在生态护岸工程中的应用

Green-growing pervious concrete plays an important role in construction of ecological embankment project. As pervious concrete is porous and work environment is complex, it’s urgent to study the damage mechanism of pervious concrete embankment. The project studies the pore structure of pervious concrete by using CT technique. A tester is designed to test the permeability of pervious concrete. Fatigue three-point and four-point flexural tests are performed on pervious concrete prisms by using MTS machine and the acoustic emission (AE) signals are collected meanwhile. Combined the fracture mechanical behavior of pervious concrete and the corresponding AE signals, a damage model described by the AE characteristic parameters is established, and the fatigue fracture mechanism is revealed. Filtration and electric resistance tests of blocked pervious concrete are carried out to uncover the blocking evolution and build the blocking model. Finally, the pressure water channel cyclic system is used to perform the runoff erosion test on green-growing pervious concrete embankment and the appropriate grass seed is selected. The study of this project provides the basis for the investigation of fatigue fracture behavior of pervious concrete and the theoretical guidance and technical support on the application of pervious concrete in the ecological embankment project.

植生型透水混凝土对建设生态型护岸工程发挥重要作用，由于透水混凝土结构的特殊性及护岸工程工作环境的复杂性，因此，亟需开展透水混凝土护岸的损伤破坏机理研究。本项目首先利用CT技术研究再生骨料透水混凝土的孔隙结构，设计渗透性测试仪测定试件的渗透系数；然后利用MTS开展透水混凝土疲劳弯拉试验，同时采集其破坏过程中的声发射信号，结合混凝土宏观断裂力学参数构建声发射表征的透水混凝土疲劳损伤模型，探索透水混凝土疲劳破坏损伤机理。测试透水混凝土试件在堵塞全过程中渗透系数和电阻率的变化，从而揭示透水混凝土的堵塞规律，建立堵塞模型。最后，利用有压水槽循环系统对植生型透水混凝土护岸进行抗降雨径流冲刷试验，优选植生草种。本项目的开展为透水混凝土的疲劳断裂特性研究提供重要理论依据，对再生骨料透水混凝土在护岸工程中的应用提供理论指导及技术支撑。

作为一种兼顾生物相容性和工程功能性的新型防护材料，透水混凝土在建设生态型护岸工程中发挥了重要作用。基于项目组发明的渗透系数测试装置，研究了不同目标孔隙率、水灰比等对透水混凝土的强度、透水系数和有效孔隙率以及孔隙结构的影响，得到了抗压强度性能最优的透水混凝土配合比；研发了一种透水混凝土堵塞模拟试验装置，开展了透水混凝土孔隙率、泥沙颗粒尺寸和径流速度对透水混凝土堵塞的影响，揭示了透水混凝土的堵塞机理；开展了透水混凝土的疲劳性能试验，基于Weibull模型建立了透水混凝土的疲劳损伤演化方程；通过声发射技术实时监测透水混凝土的疲劳断裂过程，采用耗散能研究透水混凝土的疲劳损伤演化，建立了声发射特征参数表征的透水混凝土疲劳寿命预测模型；研发了一种透水混凝土冲刷装置，基于有压水槽循环水系统，对植生型透水混凝土护岸开展了抗降雨径流冲刷试验，根据不同植物对生态护岸抗径流冲刷效果的影响，优选出了生态护岸植物。结合本项目的开展，项目负责人晋升为正高级工程师，并先后入选水利部青年拔尖人才和国家万人计划青年拔尖人才，培养博士和硕士6名。基于项目研究成果，出版学术专著1部，发表学术论文20篇，其中SCI/EI检索18篇，累计申请和授权国家专利11项、国家专利1项，软件著作权6项。研究成果为透水混凝土的疲劳断裂特性研究提供了重要理论依据，对再生骨料透水混凝土在护岸工程中的应用提供了理论指导及技术支撑，相关成果荣获省部级科技奖励2项。