不同粉煤灰摻量下ＳＣＣ 單軸壓縮試驗(yàn)離散元數(shù)值分析

摘 要：為了研究不同粉煤灰摻量自密實(shí)混凝土的力學(xué)性能變化及破壞性狀，利用ＰＦＣ２Ｄ 中的ＦＩＳＨ 語(yǔ)言及該程序自帶的線性黏結(jié)模型，建立不同粉煤灰摻量自密實(shí)混凝土單軸壓縮試驗(yàn)離散元模型，并與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析其內(nèi)部破壞形態(tài)與力鏈變化。研究表明：不同粉煤灰摻量ＦＡ－ＳＣＣ 的極限強(qiáng)度呈先增后減的趨勢(shì)，破壞裂縫均為對(duì)角裂縫，區(qū)別在于中部豎向裂紋數(shù)量不同，建立的二維離散元數(shù)值模型可以很好地模擬粉煤灰自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)軸壓破壞時(shí)材料內(nèi)部微裂紋產(chǎn)生、裂縫擴(kuò)展及對(duì)角貫通裂縫形成的過(guò)程，彌補(bǔ)了室內(nèi)試驗(yàn)僅僅依靠肉眼觀測(cè)的不足，同時(shí)模型輸出的不同粉煤灰摻量自密實(shí)混凝土的軸壓強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變曲線與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果高度貼合，最大抗壓強(qiáng)度誤差不超過(guò)７．１％。

關(guān)鍵詞：自密實(shí)混凝土；粉煤灰；單軸壓縮；離散元分析

中圖分類號(hào)：ＴＶ２２３．４ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０７．０２４

引用格式：程學(xué)磊，王亞佐，劉俊霞，等．不同粉煤灰摻量下ＳＣＣ 單軸壓縮試驗(yàn)離散元數(shù)值分析［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（７）：１４３－１４７．

自密實(shí)混凝土（Ｓｅｌｆ?Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＳＣＣ）為高性能混凝土的典型代表，具有優(yōu)異的流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性，在澆筑時(shí)無(wú)須振搗，僅依靠自重流動(dòng)即可填充模板空間［１］ 。因此，ＳＣＣ 被廣泛應(yīng)用于配筋密集、形狀特異的結(jié)構(gòu)，其在施工中表現(xiàn)優(yōu)異［２］ 。粉煤灰作為燃煤電廠產(chǎn)出的主要固體廢棄物，資源豐富、價(jià)格低廉，在配制ＳＣＣ 時(shí)以粉煤灰取代部分水泥，不僅能夠改善ＳＣＣ 的工作性和密實(shí)性，而且有利于混凝土行業(yè)往綠色、環(huán)保、高性能方向發(fā)展［３］ 。目前，針對(duì)粉煤灰自密實(shí)混凝土（Ｆｌｙ Ａｓｈ Ｓｅｌｆ?Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＦＡＳＣＣ）的研究大多處于室內(nèi)試驗(yàn)階段，隨著計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展，細(xì)觀數(shù)值模擬在建筑工程研究中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［４－６］ 。連續(xù)介質(zhì)數(shù)值模擬方法（如有限元方法）在顆粒材料分析時(shí)有局限性，這使得非連續(xù)介質(zhì)的離散元方法（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ，ＤＥＭ）在結(jié)構(gòu)、材料模擬中得到廣泛應(yīng)用［７－８］ 。

離散元模型可以通過(guò)調(diào)整顆粒結(jié)構(gòu)、粒度分布孔結(jié)構(gòu)來(lái)模擬所需的結(jié)構(gòu)，在處理散體材料、研究細(xì)觀裂縫擴(kuò)展等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。成浩等［９］ 采用ＤＥＭ 定量分析了含石量和坡度變化對(duì)堆積特征的影響，得到堆積石體的堆積質(zhì)量及堆積區(qū)沖程、寬度、面積的影響因素及變化趨勢(shì)。戴惠新等［１０］ 研究總結(jié)了ＤＥＭ 在磨礦領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)破碎機(jī)中大中型礦石能量供給方式、顆粒的流動(dòng)特性及襯板的應(yīng)力和磨損進(jìn)行了預(yù)測(cè)，以深入了解設(shè)備能耗、運(yùn)行方式和襯板性能變化等。Ｇｙｕｒｋｏ 等［１１］ 利用ＤＥＭ 對(duì)硬化混凝土進(jìn)行建模，介紹了硬化混凝土立方體單軸壓縮試驗(yàn)的模型開(kāi)發(fā)與建模過(guò)程，為ＤＥＭ 更好地在混凝土試驗(yàn)研究中應(yīng)用提供參考。Ｈａｎｇ 等［１２］ 建立鋼渣混凝土的離散元模型，進(jìn)行單軸壓縮模擬試驗(yàn)并與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，進(jìn)一步確認(rèn)離散元模擬混凝土力學(xué)試驗(yàn)的可行性與準(zhǔn)確性。丁永政等［１３］ 用ＰＦＣ２Ｄ 顆粒流程序模擬三點(diǎn)彎曲梁在不同位置和高度產(chǎn)生裂紋的壓縮斷裂過(guò)程，研究發(fā)現(xiàn)三點(diǎn)彎曲梁破壞性質(zhì)和破壞級(jí)別在不同破壞機(jī)制下有很大的不同。王一陽(yáng)等［１４］ 將ＤＥＭ 用于研究混凝土骨料分布對(duì)混凝土抗斷裂性能的影響，得到混凝土脆性破壞時(shí)細(xì)觀模擬下的裂縫分布情況。陳俊等［１５］ 基于ＤＥＭ 建立瀝青混凝土細(xì)觀模型，分析了瀝青混凝土的斷裂機(jī)理及斷裂影響因素。戚藍(lán)等［１６］ 建立ＳＣＣ 離散元模型，對(duì)接觸參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定和分析，研究不同參數(shù)對(duì)ＳＣＣ 坍落度的影響，為ＳＣＣ 性態(tài)研究提供了一個(gè)有價(jià)值的思路。