真三轴应力下塑性混凝土的强度和扩容.pdf

带10 虿弗4 期 2 0 1 2年 8月 建现何科罕t 嗄 J OURNAL OF B UI I DI NG M ATERI AI S Vo I ． 1 5 ， No ． 4 A u g ．， 2 0 1 2 文 章 编 号 ： 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 5 4 8 — 0 5 真 三轴应力下塑性混凝土 的强度和扩容 王四巍 ， 王 畅 ， 高丹 ( 1 ． 华北 水利 水 电学 院 岩 土工程 与水 工结构 研究 院 ， 盈 。 河南 郑 州 4 5 0 0 4 5 ； 2 ． 郑 州大 学 土木 工程学 院 ， 河 南 郑 州 4 5 0 0 0 2 ) 摘 要 ：通过侧 压 恒定 和侧 向位移 恒定 的 2类 真 三轴 试验 ， 研 究 了真三 轴 应 力 下塑 性 混凝 土 的 强度 和 扩容． 结果表 明 ： 在 侧 压恒 定的真 三轴 试验 下 ， 塑性混凝 土抗 压强 度 随侧 压 的增加 而增 大 ， 当 第 3 主应 力一定 时 ， 其 抗压 强度 随第 2主应 力的增加 而增 大 ， 体应 变随 轴压 的增加 呈现 先增加后 减 小 的 特 征 ， 而体积 则先 减 小后 增 大 ， 出现 扩容 现 象 ， 当配合 比相 同时 ， 其 扩容 的起 始 点 随第 2主 应 力的增 加 而增 大 ； 在侧 向位 移 恒定 的真 三轴试验 下 ， 塑性 混凝 土 的侧 压 随轴 压 的逐 级 增加 而增 大 ， 抗压 强 度 大 幅度提 高 ， 可达单 轴抗 压强度 的 4 ． 0 ～ 6 ． 0倍 ， 同时 ， 其 最 终侧 压 与 设 定 的初 始 值 相 比 显 著增 大 ， 且初 始侧 压越 高， 抗 压 强度 越 大 ， 其 最 终侧 压也 越 大 ， 另外 ， 其 体 应 变 随轴 压 的 增加 而增 大 ， 未 出现扩 容现 象 ， 而且初 始侧 压越 高 ， 体应 变增 加越 大， 体 积压 缩也越 大． 关 键词 ：塑性 混凝 土 ；真三轴 试验 ；强度 ；扩容 ；体 应 变 中图分 类号 ： T U5 2 8 ． 0 1 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 0 l 2 ． 0 4 ． 0 2 2 S t r e ng t h a nd Di l a t a n c y o f Pl a s t i c Co n c r e t e i n Tr u e Tr i a x i a l Te s t s W ANG si — we i ，WA NG Ch an g ，GA O Dan — yi n g ( 1 ．I ns t i t u t e of Ge ot e c hni c a l Engi ne e r i ng a n d H y d r a u l i c St r uc t ur e En gi ne e r i ng，Nor t h Chi na I ns t i t u t e of W a t e r Co ns e r v a nc y a n d Hy dr oe l e c t r i c Po we r ，Zh e ng z ho u 45 0 045，Chi na； 2． Sc h oo l of Ci vi l En gi ne e r i ng，Zh e ng z ho u Uni ve r s i t y，Zhe ng z h ou 45 0 00 2，Chi n a) Ab s t r a c t ：St r e ng t h a nd d i l a t a nc y o f pl a s t i c c o nc r e t e we r e s t u di e d us i n g t WO ki n ds o f t r u e t r i a xi a l c o m pr e s — s i o n t e s t s，a nd l a t e r a l pr e s s u r e s we r e c o ns t a n t i n o ne ki n d o f t e s t ，a n d t h e y i nc r e as e d wi t h a x i a l p r e s s ur e i n t he o t h e r ．The r e s u l t s h o ws t ha t s t r e ng t h of pl a s t i c c on c r e t e i n c r e a s e s wi t h l a t e r a l p r e s s u r e i n t he f i r s t ki nd O f t e s t ，a nd whe n 3 i s c o ns t a n t ， l i nc r e a s e s wi t h t he i nc r e a s e O f 2 ． The r e i s d i l a t a nc y f or p l a s t i c c on c r e t e i n t h e f i r s t ki n d o f t e s t ；on s e t o f d i l a t a n c y i nc r e a s e s wi t h t he i n c r e a s e o f 2 ．St r e ng t h o f pl a s t i c c o nc r e t e i n— c r e a s e s gr e a t l y i n t h e ot h e r t e s t，t o t he e xt e n t o f 4 ． 0—6 ． 0 t i me s t o t ha t o f t he un i a x i a l c o m p r e s s i v e o ne ． The r e i s no d i l a t a nc y i n t he t r u e t r i a x i a l c o m p r e s s i on t e s t wi t h c on s t a nt l a t e r a l d i s p l a c e me nt ；a nd v ol u me o f pl a s t i c c on c r e t e s pe c i me n de c r e a s e s wi t h t h e i n c r e a s e o f a x i a l p r e s s ur e ．Bul k s t r a i n i n c r e a s e s wi t h t he i n— c r e a s e o f t h e i ni t i a l l a t e r a l pr e s s u r e s ． Ke y wo r ds ：p l a s t i c c on c r e t e；t r ue t r i a xi a l t e s t ；s t r e ng t h；di l a t a nc y；bu l k s t r a i n 塑性 混凝 土是 一种强 度介 于土 与普通 混凝 土之 问的柔性 工程 材料 ， 由膨 润 土( 黏土 ) 、 水 泥 、 水 、 石 子 和砂子等原材料经搅拌 、 浇筑与凝结而成． 与普通混 凝 土相 比 ， 塑 性 混 凝 土 具 有 弹 性 模 量 低 、 极 限变 形 大 、 易于泵 送且 不需振 捣 、 初凝 和终凝 时 间 比普 通 混 凝土 长 、 早 期强 度低 而后期 强度 上升快 、 水 泥用 量 大 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 8 — 0 1 ；修 订日期 ： 2 0 1 1 - 1 ] 一 0 3 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 0 9 0 8 2 ) ； 河南省教育厅 自然科 学研究计划资助项 目( 2 0 0 9 A5 7 0 0 0 3 ， 2 0 1 1 A5 7 0 0 0 5 ) ； 华北水利水 电学院高层次人才科研启 动资助项 目( 2 0 1 1 A0 0 3 ) 第一作者 ： 王四巍 ( 1 9 7 8 ) ， 男， 河南商水人 ， 华北水利水 电学 院副教授 ， 博士． E ma i l ： ws w@n c wu ． e d u ． c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 王四巍 ， 等 ： 真三轴应力下塑性混凝 土的强度和扩容 5 4 9 大 减少 等特 性 ． 正 是 由于 塑性 混 凝 土具 有 上 述 优 良 特性 ， 使其在防渗墙等工程中得 以广泛应用． 然而， 已有 的塑性 混凝 土研 究侧 重 于单轴 及 常规 三轴 应 力 下 力学 性 能及其 单轴 压缩 本 构方 程n ] ． 研 究 。 表 明 ， 在单 轴及 较低 围压下 ， 塑 性混凝 土 主要 产生 脆 性 破 坏 ， 而 在 较 高 围压 下 ， 则 主 要产 生延 性 破 坏 ， 破 坏 时轴 向应变 高达 4 ． 然而 ， 实 际工 程 中塑性 混 凝 土 防渗墙 处 于三 向应 力 状 态 ， 关 于 真三 轴 应 力 下 塑 性 混 凝 土强度 和 体应 变特 征 尚未 见 文 献 报 道． 本 文 针 对 塑性 混凝 土大 变形 特征 ， 通 过 2类 真三轴 试 验 ， 研 究 侧压 恒定 和侧 向 位移恒 定 2种 真三 轴试 验条 件 下 塑 性混 凝 土的强 度 和 体 应 变 特 征 ， 重 点 研 究 第 2主 应 力对 塑性 混凝 土 强度 和体 积变化 特 征 的影响 ． 1 试 验设计和试验方法 1 ． 1 试 验 设计 塑性混凝土真三 轴试验采 用 1 5 0 mn 1 1 5 0 mmX 1 5 0 mm 立 方 体试 件 ． 塑性 混凝 土 配合 比见 表 1 ( ： ， 。分别 表示 第 2 ， 3主应力 ， MP a ) ， 其 2 8 d立 方 体 单 轴 抗压 强 度分 别 为 2 ． 5 ， 5 ． 8 ， 6 ． 7 MP a ． 塑 性 混凝 土 真 三轴 试验 采用 2类 加 载 模 式 ， 第 1类 为 侧 压保 持 恒 定试 验 ， 第 2类 为 侧 压 达 到设 定 值 后 保 持 侧 向位 移 恒定 试验 ， 均 逐级 增加 轴压 至试 件破 坏． 对 配 合 比 P 5 — 1 ， P 6 — 1的塑性 混 凝 土 进 行 第 1类 真 三 轴 试 验 ； 对 配合 比为 P 2 一 l的塑性 混 凝 土进 行 第 2类 真 三轴 试 验． 2类 试 验 的侧 压 设 置 见 表 1 ， 分 析 时 以 实 测 表 1 塑性混凝土配合 比和真三轴试验侧压设置 Ta b l e 1 M i x p r o po r t i o n o f p l a s t i c c o nc r e t e a nd l a t e r a l p r e s s u r e o f t r u e t r i a x i a l t e s t ( 0 ． 4， 0 ． 6 )， ( 0 ． 4， 0． 8 ) ， ( 0 ． 4， 1 ． 2 )， ( 0 ． 6， O． 8 )， 4 ． 4 ( 0 ． 6， 1 ． 0 )， ( 0 ． 8， 0． 8 ) ， ( O ． 8， 1 ． O )， ( 0 ． 8， 1 ． 5 )， ( O ． 8， 2 ． 0 ) 的侧 压 值 为准． 塑性混 凝 土真 三轴试 验 时 ， 试 件 的龄 期 一般 为 6 0 d ． 1 ． 2试 验 方法 塑 性混 凝土 真 三轴试 验 采用 L Y — C型拉 压 真 三 轴 仪 ， 其 单轴 最 大压 力为 4 5 0 k N， 可进 行 单 轴 拉 压 、 三轴不 等压 的拉 压 试 验 ． 试 验 时在 东 西 南 北 及 上 部 加 载端 压力 触头 上安 装 5个平 行加 载方 向的 电子 位 移计 测 试试 件 的变形 ． 在 塑性 混凝 土真 三轴 试 验 时 ， 先 把表 盘压 力调 整 到设定 要求 ， 打 开压 力控 制 开关 ， 观 察应 力变 化 ， 待 应力 稳定 后 采集应 力 和应 变 数 据． 重 复上 述步 骤 ， 直 至 试 件破 坏 ． 试 验 采 用分 级 加 载 ， 每 级压 力 0 ． 2 ～ 0 ． 4 MP a ， 先 同 时施 加 三 向应 力 ， 至 侧 压应 力达 到设 定 值 后 ， 再 逐 级 增 加 轴 向压 应 力 直 至试 件 破坏 ． 2试 验 结 果分 析 2 ． 1 第 1类真 三 轴试 验 下塑 性 混凝 土 强 度 和 体 应 变 特征 在 第 1类 真 三 轴 试 验 下 ， P 5 — 1 ， P 6 — 1塑 性 混 凝 土 在不 同 。 ， 。 应 力水 平下 的抗 压强 度 见 表 2 ． 试 验结 果表 明 ， 对 于相 同配合 比 的塑性 混凝 土 ， 在 相 同第 3主应 力 下 ， 塑性 混 凝 土 第 l主 应 力 随 中 间主应 力 的增加 而增 大． 当第 2 ， 3主应 力相 同时 ， 塑 性 混凝 土单 轴抗 压 强 度 越 高 ， 其 真 三 轴 应 力 下 的第 1主 应力 增加 值 就 越 大 ， 但 其 抗 压 强 度 的增 加 幅 度 降 低． P 5 — 1塑性 混凝 土在 一0 ． 4 0 MP a时 ， 随 着 从 O ． 6 3 MP a 增 至 O ． 8 6 ， 1 ． 2 9 MP a ， l 从 1 2 ． 7 2 MP a 增 至 1 2 ． 7 5 ， 1 3 ． 8 8 MP a ， 分 别 为 单 轴 抗 压 强 度 的 1 ． 5 ， 1 ． 6和 1 ． 7 倍． P 6 ～ 1 塑 性混凝土在 一O ． 4 0 MP a 时 ， 随着 d 2 从 0 ． 4 MP a增 至 0 ． 8 6 ， 1 ． 2 5 ， 1 ． 6 3 MP a ， 1从 1 2 ． 7 8 MP a 增 至 1 4 ． 3 7 ， 1 5 ． 2 2 ， 1 4 ． 1 8 MP a ， 分 别 为单 轴抗 压强 度 的1 ． 4 ， 1 ． 6 ， 1 ． 7和 1 ． 6倍． 根 据真 三轴 试 验 下 塑性 混 凝 土 的强 度 特 性 ， 其 破 坏准 则在 八面 体应 力空 间 的表达 式取 为 ： r 。一 A + B 。 + Cv i ( 1 ) 式 中 ： A， B， C为拟 合参 数 ； 一 ／ ／ 。 ， 一 。 ／ ， _ 厂 c 为立方体单轴抗压强度 ( MP a ) ， ， 分别为八 面体 的剪应 力和 正应 力 ( MP a ) ， 可按 下式 计算 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 5 O 建筑材料学报 第 1 5 卷 表 2 塑性混凝土第 1类真三轴试验结果 Ta b le 2 Re s u l t o f p l a s t i c c o n c r e t e i n fir s t k i n d o f t r u e t r i a x i a l t e s t 1 ) r i s c a l c ula t e d v a l u e ． 0 " o 一 ( 1+ 2 + ) ／ 3 时 星 尹 E 1 6 ( 2 ) 0 ．0 45 0 ． 0 5 0 0 ． 0 5 5 0 ． 0 6 0 0 ． 0 6 5 0 ． 0 7 0 ＆ ( a ) P 5 - 1 ， = 0 ．4MP a ＆ ( c 1 P 6 — 1 ， = 0 ．4MP a 1 、 ro — √( l —O z ) + ( a z 一 ) + ( 一 I ) ( 3 ) 根 据表 2 ， 通过式 ( 2 ) ， ( 3 ) 可得 到 P 5 — 1 ， P 6 — 1塑 性混凝土 r o ， a 。的实测值 ， 结果见表 2 ． 用最小二乘 法确定式( 1 ) 中的参数 ， 得到真三轴应力下塑性混凝 土破坏 准则 的表 达式 为 ： = == 0 ． 2 1 3+4 ． 2 2 4 a 0 — 1 ． 5 7 5 a ： ( 4 ) 由式 ( 4 ) 计算 得 到 的塑性 混凝 土 八 面 体 剪应 力 Z o 见表 2 ． Z o的实测值与 计算值 之 比的平均 值为 1 ． 0 1 7 ， 标 准差为 0 ． 0 1 8 ， 变异 系数 为 0 ． 0 1 8 ． 第 1 类 真三 轴应 力下 P 5 — 1 ， P 6 — 1塑性混 凝 土应 力差 ( 一 ) 一 体 应变 ( ￡ ) 曲线 见 图 I ， 其 中第 2主应 力 图例均 为设计 值． 试 验结 果表 明 ， 第 1类真 三 轴应 力下典 型 的塑 性 混 凝 土 应力 差 一 体 应 变 曲线 具 有 4 个阶段 ( 见图 1 ( b ) ) ： 初始加载段( O A段 ) —— 塑性 混凝 土 中原 有微 裂 隙在 压应 力 作 用 下 逐渐 闭 合 ， 曲 线稍 向上 凹 ， 试 件 被压 密 ； 直 线上 升 段 ( AB段 ) —— 塑性 混凝 土体应 变 随压 力差 增 加 而 呈 直线 增 加 ， 该 阶段体 应 变 为 弹 性 变 化 ； 曲线 上 升 段 ( B C 段 ) —— 塑性 混凝 土 中微 裂 隙 随应 力差 增 加 而 开 始 发 展 ， 试 件体 积应 变增 加 的速 率 随 应力 差 增 加 而 变 小 ， 其 体 积压 缩主要 为塑 性变 形 ， B点 为 扩容 的起 始 点 ， C点 ：： l 4 兰 ： 4 0． C o ) P 5 一 I ， = 0 ． 8MP a 0 3 0 0 ． 0 3 5 0．0 4 0 0 ． 0 4 5 0 ． 0 5 0 0 ． 0 5 5 0．06 0 0 ． 0 6 5 0 ． 0 7 0 ＆ ( d ) P 6 — 1 ， = 0 ． 8MP a 图 1 不同第 3主应力下塑性混凝土的应 力差一 体应 变曲线 4 2 O 8 6 4 2 O 。 一 8 2 6 △ 篡 ～ 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 5 5 2 建筑材料学报 第 1 5卷 ( 上接第 5 3 2页 ) e n c e o f i n t e r n a l r e l a t i v e h u m i d i t y o n t he r a t e o f c o r r o s i o n o f s t e e l e mb e d d e d i n c o n c r e t e a n d mo r t a r [ J 3 ． C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 4， 2 4 ( 7 )： 1 3 7 3 — 1 3 8 2 ． E 8 ] ANDR ADE C， AL O NS O C， S ARR I A J ． C o r r o s io n r a t e e v o l u — t i o n in c o n c r e t e s t r u c t u r e s e x p o s e d t o t h e a t mo s p h e r e [ J 3 ． C e ～ me n t a n d Co nc r e t e Co m p os i t e s ， 2 0 0 2， 2 4( 1 )： 5 5 — 6 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m