不同粉煤灰摻量下ＳＣＣ 單軸壓縮試驗離散元數(shù)值分析

摘 要：為了研究不同粉煤灰摻量自密實混凝土的力學性能變化及破壞性狀，利用ＰＦＣ２Ｄ 中的ＦＩＳＨ 語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混凝土單軸壓縮試驗離散元模型，并與實際試驗結(jié)果進行對比，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 的極限強度呈先增后減的趨勢，破壞裂縫均為對角裂縫，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混凝土結(jié)構軸壓破壞時材料內(nèi)部微裂紋產(chǎn)生、裂縫擴展及對角貫通裂縫形成的過程，彌補了室內(nèi)試驗僅僅依靠肉眼觀測的不足，同時模型輸出的不同粉煤灰摻量自密實混凝土的軸壓強度及應力應變曲線與實驗室試驗結(jié)果高度貼合，最大抗壓強度誤差不超過７．１％。

關鍵詞：自密實混凝土；粉煤灰；單軸壓縮；離散元分析

中圖分類號：ＴＶ２２３．４ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０７．０２４

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

自密實混凝土（Ｓｅｌｆ?Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＳＣＣ）為高性能混凝土的典型代表，具有優(yōu)異的流動性、均勻性和穩(wěn)定性，在澆筑時無須振搗，僅依靠自重流動即可填充模板空間［１］ 。因此，ＳＣＣ 被廣泛應用于配筋密集、形狀特異的結(jié)構，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、價格低廉，在配制ＳＣＣ 時以粉煤灰取代部分水泥，不僅能夠改善ＳＣＣ 的工作性和密實性，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，針對粉煤灰自密實混凝土（Ｆｌｙ Ａｓｈ Ｓｅｌｆ?Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＦＡＳＣＣ）的研究大多處于室內(nèi)試驗階段，隨著計算機科技的發(fā)展，細觀數(shù)值模擬在建筑工程研究中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢［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、材料模擬中得到廣泛應用［７－８］ 。

離散元模型可以通過調(diào)整顆粒結(jié)構、粒度分布孔結(jié)構來模擬所需的結(jié)構，在處理散體材料、研究細觀裂縫擴展等方面具有一定優(yōu)勢。成浩等［９］ 采用ＤＥＭ 定量分析了含石量和坡度變化對堆積特征的影響，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。戴惠新等［１０］ 研究總結(jié)了ＤＥＭ 在磨礦領域的應用，對破碎機中大中型礦石能量供給方式、顆粒的流動特性及襯板的應力和磨損進行了預測，以深入了解設備能耗、運行方式和襯板性能變化等。Ｇｙｕｒｋｏ 等［１１］ 利用ＤＥＭ 對硬化混凝土進行建模，介紹了硬化混凝土立方體單軸壓縮試驗的模型開發(fā)與建模過程，為ＤＥＭ 更好地在混凝土試驗研究中應用提供參考。Ｈａｎｇ 等［１２］ 建立鋼渣混凝土的離散元模型，進行單軸壓縮模擬試驗并與實際試驗結(jié)果對比，進一步確認離散元模擬混凝土力學試驗的可行性與準確性。丁永政等［１３］ 用ＰＦＣ２Ｄ 顆粒流程序模擬三點彎曲梁在不同位置和高度產(chǎn)生裂紋的壓縮斷裂過程，研究發(fā)現(xiàn)三點彎曲梁破壞性質(zhì)和破壞級別在不同破壞機制下有很大的不同。王一陽等［１４］ 將ＤＥＭ 用于研究混凝土骨料分布對混凝土抗斷裂性能的影響，得到混凝土脆性破壞時細觀模擬下的裂縫分布情況。陳俊等［１５］ 基于ＤＥＭ 建立瀝青混凝土細觀模型，分析了瀝青混凝土的斷裂機理及斷裂影響因素。戚藍等［１６］ 建立ＳＣＣ 離散元模型，對接觸參數(shù)進行標定和分析，研究不同參數(shù)對ＳＣＣ 坍落度的影響，為ＳＣＣ 性態(tài)研究提供了一個有價值的思路。