沖擊荷載作用下含黏結界面混凝土破壞特征與應力應變分析

我國自主研發的China Rail Track System (CRTS) III 型板式無砟軌道已在高速鐵路建設中得到廣泛應用，該軌道結構軌下部分從上至下分別由蒸養混凝土軌道板、自密實混凝土充填層、土工布隔離層及底座板等構成.軌道板與充填層之間以界面相互黏結形成復合板共同承力、傳力，在其服役過程中，會遭受高速列車動載、環境條件等外部作用，因此開展蒸養混凝土與自密實混凝土復合體系層間界面的力學特性研究，對于掌握該軌道結構的服役行為具有重要意義.

我國學者開展了諸多CRTS III 型板式無砟軌道關鍵組成材料的力學特性研究.Wang等為了進一步掌握蒸養溫度對蒸養混凝土力學特性的影響，開展了蒸養混凝土水泥漿體和骨料的界面過渡區特性研究，發現隨著溫度的升高，其界面過渡區的顯微硬度值會下降.同時，他們也系統研究了動態沖擊荷載、彎曲疲勞荷載和低溫環境作用下的蒸養混凝土力學特性，建立了相關的數學模型以闡釋荷載和環境對其力學特性的影響.充填層自密實混凝土的性能也同樣受到服役環境的影響，文獻[1,6-9]表明，單因素或多因素的服役工況作用下，都會加速充填層自密實混凝土性能的劣化，而聚丙烯纖維、橡膠粉可以有效提升其耐久性.

然而，CRTS III 型板式無砟軌道結構是一個復合結構，隨著運營時間的加長，軌道板與充填層之間的離縫、翹曲、脫黏等病害開始出現，因此，我國學者利用模擬和試驗的手段進一步開展了 CRTS III 型板式無砟軌道結構的力學特性研究.何燕平對列車荷載和溫度荷載作用下的軌道板結構進行了疲勞壽命預測，混凝土塑性損傷(CDP)本構模型預測表明，軌道板可使用34.8 a，自密實混凝土層可使用29.8 a.Zeng等就軌道板結構在疲勞荷載下的振動加速度的演變規律開展了足尺試驗研究；Zhu等建立有限元模型分析了界面損傷對軌道板結構的影響.綜上可以看出，由于黏結界面的存在，復合結構受外部作用下的力學性能變化和單一材料的力學特性變化會有所差別，特別是層間界面的存在能顯著影響力學特性.如前所述，軌道板結構在運營過程中主要承受列車動荷載帶來的壓應力和環境溫度帶來的翹曲應力，兩者共同作用下，層間界面的黏結狀態會逐漸脫黏、劣化，文獻[15]表明，平臺巴西圓盤試驗能較好地在試件中心位置實現材料的壓拉破壞效果.鑒于此，本文采用分離式霍普金森桿(SHPB)試驗方法，利用平臺巴西圓盤試件制備了包含無砟軌道板結構中蒸養混凝土和自密實混凝土層間界面的混凝土試件，研究了含黏結界面混凝土在沖擊荷載下的力學特性及其應變率效應，為進一步掌握板式軌道結構在沖擊荷載作用下的力學響應特性和規律以及合理進行相關結構的抗沖擊設計提供技術支撐.

1 試驗概況

1.1 試樣的制備

采用定制鋼制模具成型含有蒸養混凝土和自密實混凝土層間界面的混凝土試件，其具體尺寸如圖1(a)所示，其中直徑=150 mm，厚度=75 mm，為平臺角.由于界面強度相對于整體混凝土材料來說非常小，所以此次試驗中采用一個大平臺角(=25°)，將沖擊應力盡可能分散在界面周圍，以形成以壓應力為主的試驗破壞效果.

基于高速鐵路CRTS III 型板式無砟軌道結構軌道板用C60蒸養混凝土(SC)、充填層用C40自密實混凝土(SCC)的原材料和配比進行蒸養混凝土和自密實混凝土的制備，原材料包括 P?O 42.5水泥、粉煤灰、礦渣粉、河砂、碎石、外加劑等，蒸養混凝土28 d實測抗壓強度為60.3 MPa，自密實混凝土為43.2 MPa，具體的材料屬性如表1所示.含黏結界面混凝土在成型過程中，先澆注成型并養護蒸養混凝土，至28 d齡期后澆注成型自密實混凝土，再在標準條件下養護含黏結界面混凝土28 d后，將試件置于雙端面打磨機上進行打磨，使其表面的平整度符合沖擊試驗的要求，具體如圖1(b)所示.

2.2.4 腹痛復發情況 試驗組與對照組進入4周隨訪的分別為20例、13例；復發例數分別為5例（25.00%）、7例（53.85%），組間比較，差異無統計學意義，FAS、PPS分析結論一致。

2.2.1 政府直接給予補助。政府要綜合考慮農村空巢老人群體，給予農耕空巢老人家庭補助。通過農耕來獲取收入的空巢老人，多半是因為子女外出打工，所賺取的工資僅能維系自己的生存，難以有額外資金提供給老人，空巢老人只能自己想辦法獲得收入，在這種情況下，老人勞動強度過大，加之體力不夠，日積月累，患病率增加，醫藥費的支出及其他費用支出使很多空巢老人生活水平一直得不到提高。因此，要給予農耕空巢老人穩定的資金補助。

1.2 試樣的測試

..靜態試驗 靜態測試在Instron電液伺服壓力機上進行，如圖2所示.具體過程為：設置為位移控制，速度0.05 mm/min，應變率為10s量級.

..模型的建立 根據損傷力學理論可知，當采用等應變假設時，在一維應力狀態下表示如下：

(1)

()=

圖10為按照式(5)計算的SHPB作用下含黏結界面混凝土DIF隨應變率變化圖.已有文獻報道：當應變率在30 s附近時，CRTS III 無砟軌道用蒸養混凝土的DIF大約為1.7，自密實混凝土大約為1.3，均低于本試驗中整體破碎模式下含黏結界面混凝土的DIF值.說明含黏結界面混凝土具有更高的率敏感性.同時，上述文章中的研究結果也表明，蒸養混凝土和自密實混凝土均屬于率相關材料，即隨著應變率的提高其峰值應力相應提高.而對于含黏結界面混凝土來說，界面分離失效模式下的DIF值具有應變率效應，即隨應變率的增加其DIF值增加，但是，整體破碎失效模式下的DIF值隨應變率的增加不發生變化，即不具有明顯的應變率效應.

(2)專業知識。具體到客服人員涉及的行業與企業，專業知識主要體現在行業背景、業務流程、產品知識、營銷知識、心理學知識等。

(2)

(3)

式中：為損傷度.

寶清縣地下水富水性差異較大，地下水開發應合理進行。建議調整地下水開發利用過度地區用水方式和用水量，以地表水資源置換地下水資源，一方面保證地下水環境健康發展和可持續利用，另一方面更好地保證農業用水。

2 試驗結果與分析

2.1 破壞形態及過程

為了進一步量化不同應變率下的含黏結界面混凝土的破碎程度，對破碎顆粒進行篩分試驗，參照下式進行破碎顆粒的細度模數計算，并采用該值來定量表征破碎程度.

(4)

式中：為細度模數；～分別是篩孔直徑為4.75、2.36、1.18、0.63、0.3、0.15 mm的6個篩上的累積篩余比例.試驗得到的破碎顆粒的細度模數隨應變率的變化結果如圖8所示.對于單一混凝土材料，破碎顆粒的細度模數隨應變率的變化呈現線性降低關系，含黏結界面混凝土的破碎顆粒的細度模數隨應變率的增加，其數值維持在1.66左右，即不隨應變率變化而發生明顯變化.這進一步說明了由于層間界面的存在，含黏結界面混凝土在高應變率下不是以細碎混凝土作為能量釋放，而是沿著層間界面進行裂紋拓展吸收能量.

3.6 髖關節的應用 MWM技術可減輕關節疼痛，增加關節活動范圍，改善肌肉骨骼生理功能。Beselga等[41]人評估MWM對髖關節骨關節炎(OA)的影響。結果是實驗組的疼痛NRS下降，屈髖增加，內旋轉增加，功能測試在臨床有改進。結論為 MWM在老年患者髖關節OA應用后，疼痛立即減輕、髖關節屈曲ROM和身體活動能力立即提高。所觀察到的即刻變化具有臨床相關性，未來的研究需要確定這種干預的長期效果。

2.2 應力應變曲線特征分析

..沖擊韌性 為了更好地衡量含黏結界面混凝土在變形和斷裂過程中吸收能量的性能指標，引入韌性計算.定義峰前沖擊韌性為破壞前的吸收能量值，具體為應力應變曲線中起點到峰值應變之間曲線與橫軸所圍成的面積；峰后沖擊韌性為含黏結界面混凝土破壞后的吸收能量值，考慮到在下降段如果應變繼續增大，含黏結界面混凝土基本已經破碎或者變形分離，因此韌性采用應力應變曲線中峰值應變到15之間曲線與橫軸所圍成的面積通過以上2個指標來分析含黏結界面混凝土在沖擊荷載作用下破壞前后的沖擊韌性變化規律，具體的計算結果如圖12所示可以看出，總韌性()、峰前沖擊韌性以及峰后沖擊韌性均表現出明顯的應變率效應，即應變率越大，其沖擊韌性越大.說明含黏結界面混凝土中層間界面的存在，能夠吸收沖擊能量，從而提高其沖擊韌性.

為進一步量化含黏結界面混凝土動態強度的應變率效應，引入強度動態提高因子(DIF)，具體如下：

(5)

式中：為含黏結界面混凝土在動態作用下的峰值應力(強度)；為含黏結界面混凝土在準靜態作用下峰值應力(強度).

1.提出了進一步轉變經濟發展方式的總體思路。報告強調，要“把推動發展的立足點轉到提高質量和效益上來，著力激發各類市場主體發展新活力，著力增強創新驅動發展新動力，著力構建現代產業發展新體系，著力培育開放型經濟發展新優勢，使經濟發展更多依靠內需特別是消費需求拉動，更多依靠現代服務業和戰略性新興產業帶動，更多依靠科技進步、勞動者素質提高、管理創新驅動，更多依靠節約資源和循環經濟推動，更多依靠城鄉區域發展協調互動，不斷增強長期發展后勁”［1］。

HPLC法同時測定四味姜黃湯散中7種成分的含量…………………………………………………… 趙 婭等（1）： 29

式中：、和分別為壓桿的橫截面積、彈性模量和彈性波波速；和分別是試件的橫截面積和原始長度.

..動態峰值應變 大多數研究表明，單一混凝土材料在動態沖擊作用下，其峰值應變()會隨應變率的增加而增加，圖11為含黏結界面混凝土在沖擊荷載作用下的峰值應變隨應變率的變化圖.可以看出，本試驗研究的應變率范圍內，含黏結界面混凝土的峰值應變隨應變率的增加而增加，表現出明顯的應變率效應.相對靜態作用，動態沖擊作用明顯降低了其峰值應變，而且隨著動態沖擊作用應變率的增加，這種降低作用越發不明顯.應變率從11.8 s增加到57.8 s，峰值應變最大降低了85%，最小降低了12%.結合DIF值隨應變率的變化規律進一步分析可知，含黏結界面混凝土的裂紋更多的在層間界面處累積、拓展，是其隨應變率增加而增加的主要原因.

..強度及強度動態提高因子 圖9為SHPB作用下含黏結界面混凝土的應力應變曲線圖.可以看出，在界面分離失效模式下，含黏結界面混凝土的極限破壞荷載隨應變率的增加而增加，表現出明顯的應變率效應.在整體破碎失效模式下，極限破壞荷載不具有應變率效應.

進一步定義峰前韌性比、峰后韌性比及韌性轉化比，峰前韌性比越大表明能量積聚至臨界狀態越快，峰前強度喪失越快；峰后韌性比越大表明損傷演化越快，能量釋放越迅速，試件損傷、變形速度越快.具體的計算結果如圖13所示.可以看出，對于整體破碎失效模式的含黏結界面混凝土來說，其能量的積累和釋放隨應變率的變化均呈現出比較平緩的變化.而對于界面分離失效模式的含黏結界面混凝土來說，其能量的積累速度隨著應變率增加有所下降，能量釋放速度會有所增加，由于峰后韌性增長速率大于峰前，從而帶來韌性轉化比隨應變率的增加而增加.這是因為層間界面在整體破碎失效模式下充當了能量緩沖區角色，隨著應變率增加，峰前韌性更多被層間界面吸收，從而能量的積累和釋放都在一定程度上被緩沖，變化比較平緩；而對于界面分離失效模式的含黏結界面混凝土來說，此時層間界面是其破壞的主體所在，其中單一混凝土材料的彈性變形充當了含黏結界面混凝土的能量緩沖區角色，隨著應變率增加，層間界面處來不及進行能量積聚，只能尋求在界面處迅速釋放.通過以上分析可以看出，兩種失效模式下，層間界面均是能量積累和釋放的主要場所.

2.3 本構模型

=(1-)

(6)

圖4為超動態應變儀所記錄到的含黏結界面混凝土在沖擊荷載下的入射桿、透射桿典型電信號圖，圖中為電壓.通過數據處理，可以得到兩端入射桿和透射桿中的應力隨時間的分布情況，如圖5所示.其中，入射桿端的應力為入射波和反射波應力的疊加，而透射桿端則為透射波的應力，二者信號在經過混凝土內部的來回反射后，重合性較好，表面試樣兩端的應力達到平衡，試驗達到了應力均勻狀態.

由于材料強度服從Weibull分布，所以有理由認為材料的損傷度也服從該統計分布，由兩參數的Weibull分布有：

在地物符號的分類上，三維地形圖不同于二維數字地形圖，其劃分原則是按不同的要素類型，對地物符號進行劃分，有點狀符號、線狀符號、面狀符號及體狀符號4個類別。在三維地形圖中，雖然部分沒有高度的點狀符號、線狀符號和面狀符號仍然保留了其在二維數字地形圖中的表達方式，但作為一個完整的三維數字地形圖的理論體系，我們依舊按照新的分類方法對其一并進行了劃分［1-3］。在三維地形圖中，地物要素最多的即點狀符號，而點狀符號的分類與表達有一定的復雜性與多元性。因此，本文主要探討三維點狀符號的設計與表達。

(7)

式中：和為與損傷分布有關的兩個參數.

基于式(7)，可以將式(6)改寫為

(8)

進一步根據應力應變關系圖上的幾何邊界條件，可以得到、的表達式以及僅包含參數的含黏結界面混凝土動態本構模型：

(9)

(10)

(11)

式中：取動態峰值強度1/3時的割線模量.

..模型的驗證 按照式(11)對實測的含黏結界面混凝土在不同應變率下的應力應變曲線進行擬合，得到試驗數據和模型數據的結果如圖14所示.由圖14可以看出，基于Weibull分布的本構模型對試驗數據吻合較好，尤其在應力應變曲線的上升段具有很高的吻合度，說明Weibull分布的本構模型與含黏結界面混凝土的峰前應力有很好的匹配性，而在適用于應力應變全曲線方面仍然存在一定的局限性.

進一步分析不同應變率下Weibull分布中參數的變化情況，具體如圖15所示.已有研究結果表明，參數代表了材料的延性.由圖15可以看出，參數隨應變率的變化規律與試件的失效模式有關：界面分離失效模式下，的值均隨應變率的增加而迅速增加；整體破碎失效模式下，的值均隨應變率的增加而緩慢增加.含黏結界面混凝土從界面分離失效模式轉變到整體破碎失效模式過程中，值會驟然下降，這是因為應變率超過20.8 s以后，含黏結界面混凝土出現整體破碎失效模式，此時的混凝土材料內部變形被釋放，產生大量的塑性變形，延性提高，導致值迅速下降.

首先，可能是一種素養的養成。不管是在自己家里成天找東西的人，還是那個險些命喪自己丟在床上的西瓜刀的孩子，他們并無害人之心，更無傷己之意。他們之所以沒有養成將用完的東西放回原處這樣簡單的生活習慣，多半是因為自小沒有受到這樣的家庭教育和熏陶，也就沒有在心里固化這樣的意識。他們的父母，也沒有認識到這樣的家庭教養的重要性；或者，他們的父母自身，也缺乏這樣的素養。

3 結論

(2) 界面脫黏分離失效模式下，含黏結界面混凝土以界面脫黏變形為主.隨著應變率的增加，含黏結界面混凝土的動態抗壓強度、DIF、峰值應變、沖擊韌性均增加，此時含黏結界面混凝土的動態性能具有明顯的率相關性.

(3) 整體破碎失效模式下，界面脫黏變形和混凝土破碎變形同時存在，隨著應變率的增加，裂紋往界面處累積、拓展，界面起到了能量緩沖的作用，此時含黏結界面混凝土的動態抗壓強度、DIF隨應變率的增加保持不變，而峰值應變和沖擊韌性隨應變率的增加而增加.

(4) 所建立的基于Weibull分布的含黏結界面混凝土的本構模型，與試驗結果吻合較好，尤其對峰前應力應變有很好的匹配性，但是對峰后應力應變存在一定的局限性，其模型參數代表了混凝土材料的延性，而且與失效模式和應變率密切相關：界面分離失效模式下，隨應變率的增加迅速增加；整體破碎失效模式下，隨應變率的增加緩慢增加.