沙漠砂混凝土材料动态破坏机理

宁夏是我国沙漠比较多的地区之一，工程用砂资源有限。随着基本建设规模的不断扩大, 工程用砂供需矛盾日渐突出。在这些沙漠地区和沙地地区，探索用沙漠砂替代工程用砂是十分必要的。本课题基于连续介质力学理论，采用宏细观分析相结合的手段，深入研究沙漠砂混凝土在强动荷载作用下的动态损伤及破坏规律，建立能够描述沙漠砂混凝土材料损伤特性的动态本构关系及损伤演化特征方程；利用现有的动态加载实验设备加载，进行沙漠砂混凝土的动态力学性能实验，揭示影响沙漠砂混凝土动态特性的主要参量，校核和完善所提力学模型，同时为理论分析和数值模拟提供实验数据；采用动力分析有限元与有限差分的数值模拟方法，模拟沙漠砂混凝土在强动荷载作用下破坏的全过程，分析材料内部微损伤的演化过程，通过与实验数据及理论模型预测结果进行对比分析，为沙漠砂混凝土的实际工程应用及其结构设计、抗震性能分析提供理论依据。

宁夏是我国沙漠比较多的地区之一，工程用砂资源有限。随着基本建设规模的不断扩大, 工程用砂供需矛盾日渐突出。在这些沙漠地区，探索利用沙漠砂配置适合于工程应用的沙漠砂混凝土是非常必要的。. 该项目以宁夏盐池县境内毛乌素沙地特细砂为切入点，对沙漠砂混凝土动态特性和破坏机理进行研究。研究工作内容及其主要成果如下：①从细观复合材料角度着手，将沙漠砂混凝土材料看成为水泥砂浆基体、粗骨料增强颗粒和微裂纹相组成三相复合材料，假设水泥砂浆基体和粗骨料颗粒为均匀的、各向同性的、线弹性的；微裂纹为各向异性，并假设粗骨料颗粒为球形，微裂纹为钱币状。基于Mori-Tanaka理论和Eshelby 等效夹杂理论推导出沙漠砂混凝土材料柔度张量计算公式，建立沙漠砂混凝土材料在一维冲击荷载作用下动态本构模型，并给出微裂纹成核和扩展演化方程。②以水胶比、粉煤灰掺量、砂率和沙漠砂替代率为因素，设计4因素3水平L9（34）正交实验，利用万能实验机加载，进行沙漠砂混凝土7天、28天和56天抗压强度试验和28天劈裂拉伸强度试验，分析水胶比、粉煤灰掺量、砂率和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土7天、28天和56天抗压强度和28天劈裂拉伸强度的影响，通过方差分析和极差分析，确定了沙漠砂混凝土最优组。在此基础上，进行粉煤灰掺量和沙漠砂替代率不同沙漠砂混凝土28d抗压强度试验和28d 劈裂拉伸强度试验，揭示粉煤灰掺量和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土抗压强度和劈裂拉伸强度的影响规律。③利用74mmSHPB进行沙漠砂替代率不同沙漠砂混凝土冲击压缩试验，得到沙漠砂混凝土在不同冲击速度下应力应变曲线，揭示应变率和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土峰值应力、强度增强因子、峰值应变和比能量影响，并对沙漠砂混凝土动态破坏模式进行了分析。④将沙漠砂混凝土看成水泥砂浆基体和粗骨料组成二相复合材料，利用ANSYS/LS-DYNA软件，对试件尺寸、粗骨料体积含量、粗骨料颗粒最大粒径、粗骨料颗粒最小粒径和沙漠砂替代率不同沙漠砂混凝土在不同冲击速度下动态破坏过程进行了数值模拟，揭示试件尺寸、粗骨料体积含量、粗骨料颗粒最大粒径、粗骨料颗粒最小粒径和沙漠砂替代率对沙漠砂混凝土动态特性影响规律，探讨了沙漠砂混凝土动态破坏模式，为沙漠砂工程应用提供理论依据和技术支撑。