基于贵州地区的堆石混凝土尺寸效应及标准值研究

作     者：黄树新 

作者单位：贵州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐晓玲

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：堆石混凝土 力学性能 抗压强度标准值 尺寸效应 数值模拟 

摘      要：堆石混凝土(Rock-filled concrete,即RFC)筑坝技术相较于传统的筑坝技术,具有水化热温升低、施工成本低、强度更高等优势,因而一经推出就得到了广泛的应用。但由于堆石混凝土使用了粒径300～1000mm的块石,造成常规的力学性能研究方法在RFC中难以应用,而使得相关问题难以定论。尤其是抗压强度标准值问题,常规模具中甚至不能容纳一块块石,部分学者甚至认为RFC抗压强度标准是不存在的虚值。同时尺寸效应作为另一项混凝土的重要力学性能,现有的对RFC尺寸效应的研究中,普遍存在对样本数量不足,或是过多缩小块石粒径来制作试件,导致实验结果与实际情况存在较大出入。论文采用与某水库坝体相同的原材料、施工工艺、养护条件制作了边长2200mm的立方体实验舱以及略微缩小块石粒径制作的边长600mm的RFC立方体大试件,通过切割成型,制作了54块边长150mm的试件、16块边长200mm的试件、10块边长300mm的试件、20块边长450mm的试件等多种规格的RFC立方体试件,并额外浇筑了9块不同尺寸的SCC立方体试件。通过试验,取得了合计109块立方体试件的抗压强度数据,充分还原了工程实际情况,通过实验结果以及相关有限元分析取得以下结论:(1)发现RFC标准试件抗压强度中的正态分布规律,估计了贵州地区使用C15等级的混凝土并采用灰岩作为块石的RFC抗压强度标准值约在38Mpa左右。(2)通过各尺寸的RFC切割成型试件抗压强度值,拟合出了基于不同尺寸效应理论的公式,并的得出相应的尺寸效应曲线。(3)同尺寸间的RFC立方体抗压强度的标准差依照实验中试件的尺寸从小到大的次序,依次为10.07、9.12、6.78、5.80。说明随着作为研究对象的RFC结构随着尺寸的增加,其同规格样本间的离散性逐步下降至普通混凝土水平。(4)通过数值模拟对上一结论进行延展,基于实际的RFC试件以及实验舱,模拟了RFC立方体试件受压的损伤分布随尺寸增加而发生变化的过程,验证了将RFC工程作为均质材料研究的合理性。(5)建立RFC重力坝抗震分析模型,对现规范中采用自密实混凝土抗压强度标准值代替堆石混凝土抗压强度标准值来设计坝体,而造成工程安全裕度远超设计所需的问题进行探讨。