复杂应力状态下孔隙水压力对混凝土抗压强度的影响.pdf

第 1 8卷第 1 期 2 0 1 5年 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI ALS V0 L 1 8 ， No I F e b ， 2 0 1 5 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 2 4 0 8 复杂应 力状态下孔隙水压 力对 混凝 土抗压 强度 的影 响 白卫峰 。 ， 解 伟 ， 管俊峰 ， 崔 莹。 ( 1 华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 4 5 0 0 1 1 ；2 大连理工大学 海岸和近海工程 国家重点实验室 ， 辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 ；3 黄河勘测规划设计有限公司 ， 河南 郑州 4 5 0 0 0 3 ) 摘要 ： 将 Te r z a g h i ( 太沙基) 有效应力原理 引入到饱和混凝土力学性质 的研 究中， 探 讨复杂 受力环 境下孔隙水压力对混凝土抗压强度的影响机制 ， 建立 了符合混凝土材料 自身微结构特点的有效应 力原理表达式， 推导 出三向一般应力状 态下的孔 隙水压力 系数公式 ， 用其预测不同围压 下混凝土 的抗 压 强度 ， 并在 应 力空 间压子 午 面 内定 量描述 干 燥 混凝 土及 饱 和 混凝 土 基体 真 实应 力加 栽路 径 的变化 ， 所得到的趋势与试验结果相吻合 研究表明： 孔 隙水压 力的存在改 变了混凝土基体真 实应 力在应 力 空 间的加栽过 程 ， 从 而改 变 了混凝 土材 料 应 力 达 到峰 值 时所 对 应 的抗 压 强度 ； 与 干燥 混 凝土相 比， 准静态工况下饱和混凝土在各种应 力状 态下的抗压 强度均有所降低 ， 且受初始静水压 力、 孔 隙率及加载路径的影响 从基体真 实应力的角度揭示 了复杂应 力状 态下孔 隙水压力对饱和 混凝 土抗压 强度 的影 响机 理 关键词：有效应力； 饱和混凝土；孔隙率；孔隙水压力；抗压强度 中图分 类号 ： T V1 4 8 文 献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 O 1 5 0 1 。 0 0 5 I nf l u e n c e o f Po r e W a t e r Pr e s s u r e o n Co mp r e s s i v e S t r e ng t h o f Co nc r e t e u n de r Co mp l i c a t e d S t r e s s S t a t e s B AI We i f e n g 。 XI E We i ， GU AN J u n f e n g ， C UI Y i n g 。 ( 1 S c h o o l o f W a t e r Co n s e r v a n c y，No r t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f W a t e r Re s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o we r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1，C h i n a ；2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Co a s t a l a n d Of f s h o r e E n g i n e e r i n g，Da l i a n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ， Da l i a n 1 1 6 0 2 4 ，Ch i n a ；3 Ye l l o w Riv e r En g i n e e r i n g Co n s u l t i n g Co ，Lt d ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 3，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Te r z a g h i S e f f e c t i v e s t r e s s p r i n c i p l e wa s i n t r o d u c e d t o t h e s t u d y o f t h e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s a t ur a t e d c o n c r e t e，a nd t he i nf l ue nc e me c ha n i s m of wa t e r pr e s s u r e i n po r e on t he s t r e ng t h of c o nc r e t e un de r c ompl i c a t e d s t r e s s s t a t e s wa s i nv e s t i g a t e d The e x pr e s s i o n o f e f f e c t i v e s t r e s s pr i n c i pl e a pp l i c ab l e t o s a t u r a t e d c o n c r e t e wa s e s t a b l i s h e d Th e t h e o r e t i c a l e q u a t i o n f o r t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n p o r e p r e s s u r e i n e r e me nt a n d pr i n c i pa l s t r e s s i nc r e m e nt u nde r g e n e r a l t hr e e - d i r e c t i o na l s t r e s s c o nd i t i o n i s pr o po s e dBy t h i s mo d e l ，t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e u n d e r d i f f e r e n t c o n f i n i n g p r e s s u r e s i s p r e d i c t e d ，a n d t h e v a r i a t i o n o f t he ma t r i x S t r u e s t r e s s l o a d i n g pa t h be t we e n t he s a t u r a t e d a nd d r y c on c r e t e wa s q ua n t i t a t i v e l y d e s c r i b e d i n t h e c o mp r e s s i v e me r i d i a n p l a n e s o f t h e p r i n c i p a l s t r e s s s p a c e P r e d i c t e d t r e n d s a r e i n g o o d a g r e e me nt wi t h t he e x pe r i m e nt a l r e s ul t s The r e s ul t s i nd i c a t e t h a t t he e xi s t e nc e of wa t e r pr e s s ur e i n p o r e c h an g e s t h e l o a d i n g p a t h o f t h e ma t r i x S t r u e s t r e s s i n t h e p r i n c i p a l s t r e s s s p a c e Th e r e f o r e ，t h e c o mp r e s s i v e 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 8 1 2 ；修订 日期 ： 2 0 1 3 1 0 2 6 基金项 目； 国家 自然科 学基金 资助项 目( 5 1 0 0 9 0 2 0 ， 5 1 2 0 9 0 9 4 ， 5 1 4 0 8 2 2 3 ， 5 1 1 0 9 0 8 1 ， 5 1 3 0 9 1 O 1 ) ； 大连理工 大学海岸 和近海工程 国家重点实 验室开放基金资助项 目( L P I 4 0 1 ) 第一作者 ： 白卫峰 ( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 河南鹤壁人 ， 华 北水利水 电大学讲师 ， 博士 E ma i l ： y f 9 9 0 6 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 自卫峰 ， 等 ： 复杂应力状态下孔 隙水 压力对混凝土抗压强度 的影 响 s t r e n g t h wh e n t h e s t r e s s s t a t e o f t h e c o n c r e t e r e a c h e s i t s l i mi t i s e n h a n c e d Th e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h s o f s a t u r a t e d c on c r e t e i n di f f e r e nt s t r e s s s t a t e s un de r q ua s i - s t a t i c l oa d i ng c a s e s a r e de c r e a s e d wi t h t he d r y s a m p l e s ，wh i c h i s i n f l u e n c e d b y t h e i n i t i a l h y d r o s t a t i c s t r e s s ，p o r e r a t i o a n d l o a d i n g p a t h Th e i n f l u e n c e me c h a n i s m o f t h e wa t e r p r e s s u r e i n p o r e o n t h e s t r e n g t h o f c o n c r e t e c a n b e i n t e r p r e t e d f r o m t h e v i e wp o i n t o f ma t r i x S t r u e s t r e s s Ke y wo r d s ：e f f e c t i v e s t r e s s ；s a t u r a t e d c o n c r e t e ；p o r o s i t y；p o r e wa t e r p r e s s u r e ；c o mp r e s s i v e s t r e n g t h 大量混凝 土结构如大 坝 、 桥 墩 、 近海 结构物 以 及海上采 油平 台等 经常处 在水 环境 中工 作 ， 水 的 存在导致 混凝 土材料 力学 性能 发生 显著 变化 混 凝土是一种主要 由嵌埋于水 泥浆 中不 同粒径 的骨 料颗粒组成 的复合 材料 ， 具有复 杂的微观结构口 ： 水泥浆具有高孔隙率( 约 3 O ( 体积分数 ， 下 同) ) ， 普通混凝 土的孔 隙率一般不低于 8 1 0 2 ， 骨 料和砂浆界 面间存 在大 量 的微 裂 纹 ， 在外 界水 压 力作用下 由孔 隙水填充 在水 环境 中， 根据混凝 土 内孔隙水 是 否与 外界 联通 ， 李 庆斌 等 将 混凝 土 渗 流 力 ( 即孔 隙 水 压 力 ) 划 分 为 贯 通 孔 隙 水 压 力 和 封闭孔 隙水压 力两 部分 其 中后者 与试 件 的体 积 压缩有关 ， 可 由孔隙弹性变形 近似估算 实验 室条 件 下 ， 大 量 试 验 4 采 用 施 加 机 械 压 力 的 方 式 ， 研 究不同湿度情况下“ 封 闭孔 隙水 压力” 对混凝土 力 学性能的影 响 ， 并得到一致结论 ： 随着 混凝土 内部 湿度的增加 ， 混 凝土 的抗拉 强度 和抗 压强 度均 降 低 ； 饱 和 混 凝 土 的 强 度 比干 燥 混 凝 土 的 略 低 ， 且 高 水灰 比混 凝土 强度 弱化更 为显 著 ； 在混 凝 土强度 峰值前孔 隙水压力近似线性增长 前人 的研究多为试验基础上 的定性描述 ， 缺乏 系统理论研究和强度变化机理上的探讨 王海龙、 自 卫峰等 采用断裂力学及细观夹杂理论 ， 通过探讨 普通 混凝 土 中裂 纹 的萌生 、 扩 展直 至破 坏 的机 理 ， 研 究了单轴压缩情况下孔隙水压力对混凝土强度 的影 响 文献 1 O 研究了围压作用下裂纹 中 自由水对混 凝土 材料 静 、 动力 宏 观力 学性 能 的影 响机 理 T e r z a g h i ( 太沙基) 在研究饱 和土体力学性 能时首 次提出 有效 应力 的概念 1 有 效应 力 是 研 究 多孔 隙介 质 力 学性质的一个有效工具 ， 目前 在工程地质 、 岩土 力 学、 石油科学等领域都有广泛应用_ 1 本文借鉴土力学中太沙基饱和土体有效应力原 理 1 ， 同时考虑混凝土材料 自身微结构 特点， 提出 了 相应的有效应力表达式； 推导了三向应力状态下孔隙 水压力增量与主应力增量的关系公式 ， 得到孔隙水压 力系数的表达式 通过对理论值和试验结果的比较分 析， 从基体真实应力的角度定量解释了复杂受力工况 下 孔隙水 压力对混凝 土力学性 能 的影 响 1 饱 和混凝土孔隙水压 力 本文所提及的应力和孔隙水压力均以受压为正 1 1 饱 和 土体 有效 应力原 理 太沙基提出了饱和土体 的有效应力原理 ， 阐明 了松散颗粒土体 与连续 固体材料 的区别 ， 从而奠定 了现代土力学变形和强度计算 的基础 图 1为饱和 土体有效应力原理示意图 I s o l a t e d P o r e wa t e r b S oft p a r t i c l e 图 1 饱和土体有效应力原理示意 图 Fi g 1 Sk e t c h of e f f e c t i v e s t r e s s p r i nc i p l e o f s a t ur a t e d s o i l 在图 1中取截 面积为 A 的饱和土体截面为研 究对象 ， 并假定该截面沿着土颗粒间接触面截取 由 土体平衡条件可得 ： 一 + 甜 1 一 A s ) ( 1 ) 式中 ： A 为截 面上 土颗粒 间的接触面积 ； 为总应 力 ； 为土颗粒间接触面上作用的法 向应力； 为孔 隙水压力 对 于松 散颗粒 土 体 ， 可 进 一 步假 设 一 0 ，由 此得 到有 效 应力原 理 的基本 公 式 ： 一 + ( 2 ) 式中： 为太沙基定义的有效应力 ， 即土颗粒间接触 应力在截面积 A上的平均应力 式( 2 ) 表 明饱和土体 承受 的总应力 由固 、 液 两 相共 同承担 一些学者根据 土体类型 的不 同， 在孔 隙水压力项前乘 以一修 正系数对太沙基 方程作 了 修 正 1 2饱 和混凝 土 的有效 应 力原理 与松散颗粒土体不同， 混凝土为连续固体材料 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 建筑材料学报 第 1 8卷 其内部随机分布着大量 不规则 的微裂纹和微孔洞 宏观上 ， 这些微 裂纹和微孔洞在受力初期可认 为是 均匀分布在基体内的， 饱和情况下 由孔隙水填充 本 文 针对饱 和 混凝 土 材 料 自身微 结 构 特 点 ， 建 立 相 应 的有效 应力 公式 圆柱 形 的理 想饱 和混 凝 土 模 型 如 图 2所示 I s o l a t e d 图 2 饱和混凝土有效应力原理示意 图 F i g 2 S k e t c h o f e f f e c t i v e s t r e s s p r i n c i p l e o f s a t u r a t e d c o n c r e t e 由图 2可见 ， 饱和混凝土 由无缺陷的混凝土基 体和球形孔隙组成 忽略孔隙尺寸和形状 的影响， 假 设孔隙均匀分布在基体内， 由饱和孔隙水填充 在饱 和混凝土中截取一水平截面积为 A 的柱体 ， 截面上 作用 的总应力为 ， 由混凝土基体应力 和孔 隙内饱 和水产 生 的孔 隙 水 压力 共 同 承担 沿 a - a截 面 取 隔 离体 ， 截面穿过基体和孔隙 在此截面上 ， 混凝土基 体间接触面上作用的法向应力 为 ， 基体接触面积 之和为 A ， 孔隙对应截面积为 A ， 孔 隙水压力为 “ 它们 满足 ： A A + A ( 3 ) 由平 衡 条件 ， 可得 ： 一 + 1 一 A s ) ( 4 ) 与松散颗粒土体不 同， 混凝土基体的接触面是 主要 的受力 部位 ， , La l_ s 0 不 考 虑 混凝 土 微 结 构 细 节 ， 这 里假 定截 面 一 口具 备统计 平 均意 义 ， 令 ： = = n万 v= V v ( 5 ) 一 万 式 中 ： 为孔 隙 率 ； V ， V 分 别 为 孔 隙 及 混 凝 土整 体 所 占体积 由式( 4 ) 可得 ： = ( 1一 )+ n u = + ( 6 ) d s ( 7 ) 式中： 为基体承受应力在截面积A 上的平均应力 仿照 土力学 ， 这 里将 其定 义 为混凝 土 的有 效应 力 值得一提的是 ， 才真正代表混凝土基体 内的 真实应力 在 C a u c h y应力框架内 ， 仍然近似认为 代表材料 自身的力学性能 式 ( 6 ) 的张量形式为 ： 仃 一 盯 ( 1 一 ) + n u 8 = 仃 ： ， +n u 8 ( 8 ) 式中： 为 Kr o n e c k e r 算符 ； 口 s J ， 6 - 分别为 a 。 和 d 的 张量 形式 式 ( 8 ) 即为本 文 得 到 的饱 和混 凝 土 材 料 有 效应 力公式 ， 其与文献E 1 2 - i 中提出的多孔介质有效应力 公式形式类似 根据上述有效应力原理 ， 外部荷载作 用下饱和混凝土 内部产生孔 隙水压力 ， 其在各个 方向上作用力的大小相等 ， 即处于球应力状态 ， 使混 凝土基体受到压缩 1 3 饱 和 土体 孔隙压 力 系数 土 力学 方 面 ， 文 献 1- 1 3 - 提 出 了 轴对 称 应 力 状 态 ( A a A a 。= 口 。 ) 下 土 中孔 隙压 力增 量与 大 、 小 主 应力增量之间的关系式 ： Au： Au 3十 Au 1= B 0 3 + Ao ( 口 1 一 ) ( 9 ) 式 中： ， 。 分别为大、 小 主应力增量 ； A u为孑 L 隙 水 压 力 增 量 ； A u 。 ， “ 分 别 为 各 向 相 等 应 力 下 由 和偏应 力增量 ( 仃 一A a 。 ) 引起 的孔 隙压力增 量 B。 ， A 。分 别 为对 应 的 孔 隙 压 力 系 数 ，B o 一 1 ，当为理 想弹性体时 ， A。 一1 3 ； 咒为孔 隙 1 f L v L 率 ； C ， C分别为孔隙内流体 、 土的体积压缩系数 对 于一 般三 向应 力 状 态 ， 文 献 E 1 3 3 考 虑 到 主 应 力增量的影响以及土体表现出的剪胀现象 ， 引入了 主应力不变量增量和剪应力不变量增量 ， 提 出了确 定饱和土体孔隙压力的计算公式 ： “ ： Aa d - A a 2 一+ A a 3 -4 - a ( 1 o ) M 一 ( 口 1 一 2 ) + ( d 2 一 ) + ( A a 3 一 d 1 ) 。 ( 1 1 ) 式 中 ： 和 a分 别 表 示 由平 均 主 应 力 不 增 量 和剪 应 力不 变量 增 量引 起 的孔 隙 压力 变 化 的孔 隙压 力 系数 此处应注意的是 ， 式 ( 1 0 ) 并不是推 导得到 的理 论 公 式 ， 而 是一 个对式 ( 9 ) 进行改 进 而得 到 的半经 验 公 式 1 4饱 和混凝 土 孔隙压 力 系数 1 4 1 一般 三 向应 力状 态 假定各向同性线弹性的饱和混凝土内某点处于 如图 3所示 的应力增量状态 ( A a z ) ， 将 它分解为各向等压的体应力状态和偏压应力状态 ， 则产生 的总孔 隙水 压力增 量 “相 应地 分 解 为体 应 力 增量 下产 生 的孔 隙水 压 力 增 量 & u B和 偏 应 力增量作用下产生的孔隙水压力增量 “ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 白卫 峰 ， 等 ： 复杂应力状态下孔隙水压力对混凝 土抗压强度 的影响 图 3 饱和混凝土体 中的应力状态 Fi g 3 S t r e s s s t a t e o f t h e s a t u r a t e d c o n c r e t e 其 中 ： A a 一 ( A a l 十A a z +A a 3 ) ( 1 2 ) 根据式( 6 ) ( 8 ) 建立的有效应力原理可得 ： 一 A a 一 n Au B ( 1 3 ) 。 一 ( 1 4 ) 式 中： 为有效体应力增量 ； A a 为混凝土基体真 实体应力增量 盯 引起混凝土基体 的体积压缩 与土体不 同 的是混凝 土基 体 的压 缩量 A V。 不 能忽 略 ， 其 表 达 式 为 ： V ： 。 ( 1一 ) V = C。 A a ( 1一 ) V A C 。 ha t m V = C。 ( Aa 一 n Au B ) V ( 1 5 ) 式 中： K ， C 。 分别 为混凝土基 体对应 的体 积压缩模 量和系数； V为混凝土体积 孔 隙压力引起孔隙体积压缩 孔 隙水对 应的体 积增 量 A V 的表达 式 为 ： AVv一 V Cv A U B ( 6 ) 式中： K ， C 为孔隙水对应 的体积压缩模量和系数 对混凝土整体体积压缩量 A V为： A V一亩 V=C A a V ( 1 7 ) 式 中： K， C为混凝 土整体 对应 的体 积压缩 模量 和 系数 考虑到 。 + Vv A V， 即： C。 ( A a 一 n Au B ) V 十 C Au B n V CA a V ( 1 8 ) 可得 下产生的孔隙水压力增量 为 ： “ B B 一 ( 1 9 ) 式中： B一 ，称为体应力 增量条件下的 孑 L 隙压力系数 偏应力增量作用下 3个主应力方向的有效应力 增 量 分别 为 ： 体应力增量为 ： 一 0( 2 1 ) 有效体应力增量为 ： ， m A一 ( A+ ， 2 A + A a 3 A )= 一 n Au A ( 2 2 ) 基体体应力增量为： ： = 基体体积压缩量为 ： V。 A= C A ( 1一 ) V =一 C。 n Au A V( 2 4 ) 孑 L 隙体积压缩量为 ： V A C Au A n V ( 2 5 ) 体应力增量对混凝土整体的体积压缩量为： VA： ： ：0( 2 6 ) 考 虑到 A+ V v A A V A ， 可得 ： C n Au A V C “ A n V( 2 7 ) 若使式( 2 7 ) 始终成立 ， 则必须满足 ： U A= 0 ( 2 8 ) 即偏应力不产生孔 隙水压力 因此忽略材料 的剪缩 现象对混凝土材料是合理的 由此得到 ： 一 e B 一 ( 2 r r 式 ( 2 9 ) 只与 体 应 力 增 量 有 关 ， 可 忽 略偏 应 力 增 量对孔隙压力的影响 1 4 2 第 1种轴对称应力状态( A a 1 2 一 ) 第 1 种 轴对 称应 力状 态下 ： A a 一 A a 3 + ( A a 1 一 A a 3 ) ( 3 0 ) A “ 一 B + 专 ( a ) ( 3 1 ) 1 4 3 第 2种轴对称应力状态( A a 1 一A a 2 A a 。 ) 第 2种轴对称应力状态下 ： A a 一 A a 3 + 睾 ( A a 1 一 A a 3 ) ( 3 2 ) A u=BI +( A a 1 )l ( 3 3 ) L u J ( 2o ) 2 真 实水环境 下孔隙水压 力的影 响 真实水环境下混凝 土孔 隙水压力 由“ 贯通孑 L 隙 A A A 一 一 一 m m m 一 一 一 = I I l l A A A ， l ，2，3 ， 、 【 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 建筑材料学报 第 1 8卷 水 压力 ” 和 “ 封闭孔 隙水 压力 ” 两部 分组 成 假 设 加 载 速率足够慢 ， 即认为裂纹静态扩展， 不考虑流体在介 质内的扩散 ， 并且“ 贯通孔隙水压力” 等于静水围压 文献 3 给出了此状 态下混凝土内平均孔 隙水压力 的表 达式 ： 一 a 1 pf + 2 p g ( 3 4 ) 式中： ， 分别 为封 闭孔隙水压力和贯通孔隙水 压力 ； a ， 口 为 比例 系数 需 要说 明的是 式 ( 3 4 ) 为经 验 公 式 ， 其 中各 项 系 数难以实际确定 ， 只能定性地说明孔隙水压力 的组 成 在真实加载情况下 ， 微裂纹逐步扩展 ， 外界水通 过表面裂纹渗入混凝 土中 微裂纹 的扩展引起混凝 土的损伤 ， 损伤引起渗透系数的急剧增大 ； 而水 的进 入加 快 了裂纹 的扩 展 ， 这 是一个 恶性 循环 过 程 在此 过程 中孔隙水压力的变化是异常复杂的 3 试验验证与分析 I mr a n等 针 对 不 同 水 灰 比混 凝 土试 块 ， 分 别 在 干燥 和饱 和状 态 下 进行 了压 缩 加 载试 验 ， 研 究 了 不同围压 、 不同孔 隙率下孔隙水压力对混凝土抗压 强度的影响规律 本文采用式 ( 3 0 ) ， ( 3 1 ) 预测不同围 压下的混凝土压缩加载过程 ， 即第 1种轴对称应力 状态， 并将预测值与试验值进行 比较 ， 来验证和分析 孔隙水压力对强度的影响机制 模型预测中， 设理想混凝土材料基体 ( n 一0 ) 的 单轴抗压强度为 厂 ， 本节预测数据 中的应力相关量 均为 的相对值 混凝土材料 的各相力学参数 。 如表 1所示 ( 表 中 K 为体 积 模 量 ； G 为 剪 切 模 量 ) 利用文献 1 7 及式 ( 1 9 ) 可确定干燥混凝土 、 饱和混 凝土材料的体积模量 K 和孔隙压力系数 B， 如表 2 所示 裘 1 混凝土三相的材料特性 T a b l e I Pr o p e r t i e s o f t h r e e p h a s e s o f c o n c r e t e 假定试验均从初始静水压力状态开始 ， 即 = ! = ： = 一N( N 为 围压 ) ； 经 历 的加 载路 径 位 于 应 力 空间中的压缩子午 面内 压缩子 午线 采用 Wma m Wa r n k e 五参数模型 中的抛物线形式 ， 采用文献 1 建议参数 定义 f o ， 为干燥混凝土单轴抗压强 度和应力 ； f ， f 分别为不 同围压下干燥混凝土和 饱和混凝土抗压强度 由混凝土制备工艺可知 ， 混凝 裹 2混凝土孔隙压力参数 Ta b l e 2 P a r a me t e r s o f p o r e p r e s s u r e o f c o n c r e t e 土水灰 比 m m 与孔隙率 77直接相 关 ( 水灰 比越 高 ， 孔隙率越大) 表 3显示 了干燥混凝土单轴抗压 强度的试验值 和预测值 由表 3可见 ， 随着 m m。 或 ”的增大， 干燥混凝土单轴抗压强度显著降低 表 3 千燥混凝土单轴 抗压强度的试验值和预测俊 Ta b l e 3 Ex p e r i me n t a l a n d p r e d i c t e d v a l u e s o f u n i a x i a l c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f d r y c o n c r e t e 不同围压下饱 和混凝土抗压强度降低率 ( 与干 燥混凝土相 比) 关 系曲线见 图 4 图 4将试验 、 预测 结果分别进行归一化处理 由图 4可见 ， 试验数据相 对离散 ， 但能够反映出孔 隙水压力对饱和混凝土抗 ， r 、 压强度的影响规律 在相对围压 f 1 一定的情况 J O d r y 下 ， 随着 饱 和混凝 土水 灰 比 m m 或孔 隙率 的增 大， 其抗压强度降低率逐渐增大 在饱和混凝土水灰 比 m m 或 孑 L 隙率 n一定 的情 况 下 ， 随着 围压 的增 大 ， 相对于 ， ， 饱和混凝土抗压强度降低率有减小 趋势( 见图 4 ( a ) ) ； 而相对 于 d r v ， 饱和混凝土抗压 强度降低率有增大趋势 ， 且随着水灰 比 m m。 或孔 隙率 n的增 大 ， 此趋 势 更 加 显 著 ( 见 图 4 ( b ) ) 通 过 与试 验数 据 比较 ， 发 现 本 文 预测 结 果 能 够 较好 地 反 映上 述抗 压强 度变 化趋 势 图 5为孔隙率 r 1 分别为 0 1 ， 0 2 ， 0 3时， 围压 N 取 O O 5的加载路径下， 应力空间中压缩子午面 内理想 混凝 土 、 干燥 混 凝 土 和 饱 和 混凝 土 基 体 真 实 应力对应的加载路径与破坏强度关系 曲线 其中 p 为偏应力分量 图 5中的曲线可用于解释孔隙水压力对抗压强 度 的影 响机制 由图 5 可 见 ， 对于 理想混 凝 土( 一O ) ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 建筑材料学报 第 1 8卷 4 结 论 ( 1 ) 密闭条件下 ， 混凝 土内部孔隙水压力为“ 封 闭孔隙水压力” ， 与混凝土材料的体积变形有关 孔 隙水 压力 的存 在改 变 了混 凝土 基体 真实 应力 在应 力 空间的加载过程 ， 从而改变了混凝土材料应力达到 峰值时所对应的抗压强度 与干燥混凝土相 比， 饱和 混凝土在各种应力状态下 的抗压强度均有所 降低 ， 且受初始静水压力 、 孔隙率及加载路径的影响 ( 2 ) 真实水荷载情况下 ， 混凝土内部孔隙水压力 由“ 贯通孑 L 隙水压力” 和“ 封闭孑 L 隙水压力” 组成 前 者大小与外界静水压力有关 两种孔 隙水压力的共 同作用加速了混凝土材料损伤和破坏过程 ( 3 ) 本文模 型的不 足之处 为 ： 假设 混凝 土材 料 在 达到强度状态之前处于弹性状态 ， 孔隙率保持不变， 忽略了强化阶段微裂纹的萌生、 扩展 ； 理论结果存在 偏差 但试验和损伤力学成果均表明， 混凝土材料在 强化 阶段微 裂纹 密度 维 持 在 一个 较 小 的程 度 ， 且 处 于稳定 扩展 状态 考虑 到 问题 的复杂 性 ， 现 有 理论 成 果和试验技术难 以定量描述孔隙率增长 的规律 ， 较 为现实 的方法是将初始孔隙率乘 以 1个与应力水平 相关的增长系数 以减 小上述简化假设 带来 的计算 偏差 参考文献： 1 陈惠发 ， 萨里普 A F 混凝土和土的本构方程 M 余天 庆， 王 勋文， 刘西拉 ， 等译 北京 t 中国建筑工业出版社， 2 0 0 4 ： 7 - 1 4 CHEN H u i f a ， S ALEEB A F Co ns t i t u t i v e e q u a t i o ns f o r ma t e r i a l s o f c o n c r e t e a n d s o i l M T r a n s l a t e d b y YU Ti a n q i n g ， WANG Xu n we n， L I U X i l a ， e t a 1 B e i j in g ： Ch i n a Ar c h i t e c t u r e a n d Bu i l d i ng Pr e s s ， 2 0 0 4： 7 - 1 4 ( i n Chi n e s e ) 2 商怀帅 引气混凝 土冻融循 环后多轴强度 的试验研究 E D 大 连 ： 大连理工大学 ， 2 0 0 6 S HANG Hu a i s h u a i Ex p e r im e n t a l s t u d y o n s t r e n g t h o f a i r - e n t r a i n e d c o n c r e t e u n d e r mu l t i a x l a l l o a d s a f t e r f r e e z e - t h a w c y c l e s D D a l i a n ： D a l i a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o lo g y， 2 0 0 6 ( i n C h i n e s e ) 3 李庆斌 ， 陈樟福生 ， 孙满 义 ， 等 真实水荷载对混凝土强度影 响 的试验研究 J 水利学报 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 7 ) ： 7 8 6 7 9 1 LI Qi n g bi n， CHEN Z ha n g f u s h e n g， SUN Ma n y i ， e t a 1 Ef f e