基于X-CT成像的泡沫混凝土细观损伤模拟方法

作     者：刘继国 崔庆龙 舒恒 彭文波 杨雪 LIU Jiguo;CUI Qinglong;SHU Heng;PENG Wenbo;YANG Xue

作者机构：中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056 中交集团隧道与地下空间工程技术研发中心湖北武汉430056 华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 

出 版 物：《隧道建设（中英文）》 (Tunnel Construction)

年 卷 期：2024年第44卷第10期

页      面：1941-1949页

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：新疆维吾尔自治区重大技术专项项目(2020A03003-3) 

主　　题：泡沫混凝土 X-CT成像 细观损伤模拟 内聚力单元 

摘      要：为探究常用于隧道减震设计的泡沫混凝土材料在受压荷载下的细观裂纹损伤发展过程以及细观损伤对宏观力学行为的影响,提出基于X-CT成像从细观尺度分析泡沫混凝土损伤过程的模拟方法。首先,借助X-CT扫描技术获取可表征泡沫混凝土细观多孔结构的X-CT图像,并对该图像进行二值化处理以获取用于建立泡沫混凝土细观模型的二值图;然后,采用自主编译的Python脚本插入内聚力单元模拟泡沫混凝土模型的损伤开裂过程,并分析不同孔隙率下泡沫混凝土的细观损伤变化规律。研究表明:1)泡沫混凝土应力-应变曲线上升阶段、塑性平台阶段的细观模拟结果与试验结果吻合较好,该方法为研究泡沫混凝土材料的细观损伤机制和宏观力学参数标定提供了新手段;2)在单轴受压过程中,连接多孔材料相邻孔隙的水泥基充当了“支柱作用,接触法向压力随着应变积累而连通发展,泡沫混凝土模型受压时主要表现为剪切破坏;3)当泡沫混凝土孔隙率较低时,其峰值抗压强度会显著增加,但材料可能会在局部产生大规模开裂,孔隙的作用不能得到充分发挥。