循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究
刘博文，彭 刚，邹三兵，罗 曦
(三峡大学三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心；土木与建筑学院，湖北宜昌443002)
摘 要：对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率(10一、10_。、10_。、10 ／s)的混凝土和中低应变
速率(10-。、10 ／s)下不同孔隙水循环次数(0、10、50、100、200次)的混凝土进行了常三轴压缩试
验，试件尺寸为 3OO mm×600 mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变
化规律进行了统计分析，并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明：随
着应变速率增大，混凝土的峰值应力呈增大趋势，随孔隙水压循环次数的增加，峰值应力大体呈现
先增大后减小的阶段性变化；混凝土的吸能能力随加载速率的增加，表现出明显增大的趋势。混凝
土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性，但整体上呈先增大后减小的趋势；
选用基于Weibu1l统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合，经验证，
此模型与试验结果吻合较好。
关键词：混凝土；孔隙水压力；循环；常三轴
中图分类号：TU502；TU528．1 文献标志码：A 文章编号：1674—4764(2015)05—0088—07
Experimental analysis of dynamic properties of concrete
under cyclic pore water effects
Liu Bowen，Peng Gang，Zou Sanbing，Luo Xi
(Collahorative Innovation Center of Geological Hazards and Ecological Environment in Three Gorges Area in Huhei Province；
College of Civil Engineering & Architecture，Three Gorges University，Yiehang 443002，Hubei，P．R．China)
Abstract：Triaxial compression tests for concrete of size 300 mm ×600 mm was carried out under different
strain rate(10一 ，10一 ，10一。，10一。／s)in 0，10，5O cycle of pore water and lOW strain rate(10一 ／s，10一。／s)in
different cycles pore water pressure(0，10，50，100，200 times)． Comparatively analysis the changes law
characteristics about of basic physical mechanics parameters，such as peak stress and absorption of concrete
under different loading rate are analyzed．The results show that：concrete peak stress increases with strain
rate and with the number of pore water pressure cycles，．the concrete peak stress increases at the first and
then declines． with the number of pore water pressure cycles， shows the change of stages； Concrete
absorption energy capability is loaded with the strain rate，and showed significant increasing trend．Energy
收稿日期：2015一O6—12
基金项目：国家自然科学基金(51279092)；三峡大学研究生科研创新基金项目(2014CX022)
作者简介：刘博文(1992-)，男，主要从事混凝土材料动态特性研究，(E—mail)1696327945@qq．corn。
彭刚(通信作者)，男，教授，(E-mail)871399412@qq．corn。
Received：2015-06—12
Foundation item：National Natural Science Foundation of China(No．51279092)；China Three Gorges University Gradute
Student Research and Innovation Fund Project(No．2014CX022)
Author brief：Liu Bowen (1992一)，main research interest：dynamic characteristics of concrete materials，(E-mail)
1696327945@qq．corn．
Peng Gang(corresponding author)，professor，(E-mail)871399412@ qq．com．
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第5期 刘博文，等：循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究
absorption capacity of concrete pore water pressure increases with the number of cycles showed shows
some discrete， but overall increase first and then decrease；Finally， choose sectional dynam ic damage
constitutive model of concrete material which is based on statistical theory W eibull is applied to of sectionaI
dynamic damage constitutive model based on W eibull for analyse concrete material fitting oto fit with
f experimental data， verified，and the results show that this model has good agreement with the test
results．
Key words：concrete；pore water pressure；circulation；triaxial compressive
混凝土是目前应用范围最广的工程材料，以大
坝、隧洞、桥墩等为代表的水工混凝土结构，不仅长
期处于水环境围压作用下，还长期受到水浪的冲击，
而这类环境对混凝土的内部微观结构和力学性质均
存在较大影响。学者们对水环境中的混凝土进行了
各种研究，并取得了丰富的研究成果。Butler_】 阐
明造成混凝土发生破裂的原因为主动孔隙水压力使
材料产生拉应变。Yaman等 研究了混凝土材料
在不同孔隙率和孔隙中含水量作用下，对其强度、弹
性模量等力学特性的影响。王海龙等I3 认为混凝土
中的孔隙水压力减小了阻碍混凝土开裂的摩阻力，
与于燥态的混凝土相比，湿态混凝土的开裂应力和
抗压强度都有所降低。杜守来等[4]发现在孔隙水压
的作用下，混凝的抗压强度有所降低，并随着孔隙水
压的增加逐渐降低。杜修力等 推导得到饱和混凝
土的有效抗拉强度及其峰值应变与孔隙率之间的关
系。姚家伟等_6]结合单轴试验将Jones～Netson—
Morgan模型用于混凝土材料本构分析，建立非线性
本构模型，该模型能用于混凝土复杂应力下的本构
分析。彭刚等[7]对有压孑L隙水环境中的混凝土进行
动态抗压试验，并建立了相应的本构模型。熊益波
等 ]运用灵敏度分析识别了JH 模型的关键参数，
拟合了应变率200 500 S 范围的率相关参数。综
上所述，对水环境中混凝土研究很多，但对孔隙循环
水作用的混凝土的率效应研究较少。为了更加明确
水下工作的混凝土结构受到水浪冲击和水压作用下
抗压强度的变化，对0、10、50次孔隙水循环下不同
应变速率的混凝土和中低应变速率(10一、10 ／s)
下不同孔隙水循环次数的混凝土进行了常三轴压缩
试验，并构建相应的动态本构模型。
1 试验设计
1．1 试件制备
试验所用的混凝土试件为 3O0 mm×600 mm
的圆柱体，水泥采用宜昌三峡水泥有限公司生产的
P·0 42．5硅酸盐水泥；粗骨料分别采用5～40 mm
连续级配碎石，细骨料采用细度模数为2．3的天然
河砂；采用自来水搅拌。试件成型后在室温下静置
24 h后拆模并编号，将编号后的试件拆模，按2O～
40 mm 的问距摆放在木质垫条上，自然养护28 d。
混凝土配合比为水：水泥：砂：石子=0．5：1．O0：
2．28：3．72(按质量计)，水灰比为0．5。
1．2 加载试验
加载设备采用三峡大学1O MN大型多功能液
压伺服静动力三轴仪，可分别进行单轴试验、常三轴
试验( 一 )、真三轴试验( ≠ ≠ )、剪切试验以
及水压条件下(围压、孔隙水压)的混凝土动静力加
载试验，动力加载应变速率范围为1O ～ 1O ／s。
利用围压桶对混凝土试件进行加压，最大围压和最
大孔隙水压力值为30 MPa。加载框架对试件进行
轴向加载，竖向最大动、静力加载值分别为5 000、
10 000 kN，各项指标满足试验要求。
对混凝土试件进行不同次数的孔隙水压循环预
处理：
1)将混凝土试件置于围压桶内，往桶中充水，待
水充满后，以围位移控制方式给试件施加围压，待接
近所设围压值时转换控制方式，以围压进行控制，达
到围压值3 MPa后，保持恒压5 h左右。
2)用“围压控制”方式控制孔隙水压力进行上、
下限加卸载。待围位移不再发生较大变化时，以
3 MPa／min的速率从上限值3 MPa开始卸载到下限
值1 MPa，保持30 min，再以3 MPa／min的速率从
下限值开始加载到上限值3 MPa。
3)设定软件循环控制程序，不间断重复上述步
骤2)，直至完成预定的设置的循环次数N。
对试件进行三轴试验时，不对试件采取密封措
施，使其直接与水接触。试验时的轴向荷载由加载
框架的传力柱通过围压桶顶部的活塞直接

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