动态三轴压缩下混凝土在水中的性能
摘要：为了解混凝土材料在环境水中的性能，在大型三轴机器上进行了一系列混凝土圆柱试样（100times;200mm）的三轴压缩试验。水的作用方式，围压，荷载应变率和含水率作为试验参数。根据样本是否直接暴露在水中，水对混凝土的作用分为机械载荷和真实水载荷。围压范围为0-8 MPa，应变率包括10^(-5)/s,10^(-3)/s，和10^(-2)/s。通过测试干燥和饱和浸湿样本，还检测了水分对混凝土强度的影响。试验结果表明，在机械围压条件下，干燥和饱和浸湿混凝土的抗压强度均随着围压的增大而明显增大。但是，对强化干混凝土试件的影响更为显着。实际水荷载下干混凝土的强度明显下降，甚至低于其单轴强度，而饱和混凝土试件在实际水荷载作用下的抗压强度接近其单轴抗压强度。混凝土的强度随应变率增加，这种现象在水负荷下变得更明显。
链接：10.1061 /（ASCE）0733-9399（2010）136：3（379）
CE数据库主题标题：混凝土; 饱和; 强度; 压缩; 孔隙压力; 应变率。
关键词：混凝土; 饱和; 强度，三轴压缩; 水负荷; 孔隙压力; 应变率。
介绍
水坝，桥墩，海上建筑物和海洋石油平台等混凝土结构通常处于周围是水的环境里。它们承受较高的载荷并承受水压，导致复杂的应力状态。而且，水会渗透到混凝土中并影响混凝土的力学性能。虽然混凝土的性能已被很好地理解，但在实际生产中水对混凝土的影响仍未被正确考虑（Fauchet et al.1992）。同时，水中的混凝土结构不可避免地承受严重的动态负荷（如地震和水动压力）。水和动态载荷会降低结构的承载能力并导致其失效破坏。因此，动态荷载作用下混凝土在水中的性能在大坝工程中具有重要意义。
人们普遍认为混凝土的强度与水灰比成反比，即随着含水量的增加，混凝土的抗压强度降低，反之亦然（Mehta和Monteiro，1993）。水硬混凝土的强度高于空气混凝土的强度。即使是相同的混凝土，如果含水度暂时改变，其强度也会相应改变。基于准静态实验结果（ Yan 2006; Ross et al.1996; Kaplan 1980），得出了一致的结论，拉伸强度和抗压强度都随着混凝土含水量的增加而降低。 这意味着饱和混凝土的强度低于干混凝土的强度。然而，大多数这些实验是在单轴应力状态下进行的。由Imran和Pantazopoulou（1996）进行的三种水灰比的干燥和饱和混凝土的三轴压缩试验表明，饱和浸湿混凝土的三轴抗压强度略低于干混凝土的抗压强度，并且在高的水灰比时候这个效果更明显。Yurtdas等人的研究获得了同样的结论（2004年）。应该指出的是，上述结果是从与外部环境没有水交换的完全密封的样本获得的。事实上，水不仅影响混凝土在环境水中的含水饱和度，而且作为一种实际负荷作用于结构。 加上其他外部负荷，水负荷的影响会有所不同。混凝土的单轴实验在不同的水压下进行，发现高静水压力对单轴抗压强度没有不利影响（Van der Wegen et al1993）Bjer-keli等人（1993）进行了一项实验来研究暴露于高水压荷载下的混凝土圆筒的准静态抗压强度。结果显示孔隙压力的增加并未降低混凝土的抗压强度。
众所周知，混凝土材料对加载速率敏感。许多关于单轴动态加载下混凝土性能的研究，如Bischoff和Perry（1991）对单轴压缩以及Malvar和Ross（1998）对单轴拉伸的综述。 然而，由于缺乏实验数据，混凝土在三轴应力状态下的动态特性还不是不能完全被了解。由于这种类型的测试很困难，所以只对高负荷率下的混凝土进行了有限的动态三轴实验研究。从现有文献（Takeda等1974; Yamaguchi等1989; Gran等1989; Ju和Wu 1993; Fujikake等2000; Yan 2006）可以发现，混凝土在多轴下的动态强度比在静态状态下应力状态高，但在单轴加载下增强幅度比较大。一致的结论需要更多的实验和理论支持。 到目前为止，关于水对混凝土动态行为影响的研究集中在高应变率下不同水分的单轴状态下（Rossi等，1992; Ross等，1996）。结果表明，应变率对饱和浸湿混凝土的影响大于干燥的混凝土。
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