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单轴压缩下混凝土断裂特性的试验与数值研究( Experimental and numerical study on the fracture characteristics of concrete under uniaxial compression )
D Ai Z Qiao Y Wu Y Zhao C Li
由于混凝土基础设施可能随着时间的推移而失去其预期的物理和功能特性，因此必须对这类基础设施系统进行准确的检查和评估，以确保安全和可使用性，并防止不安全的工作条件和危险的发生。本文对多个混凝土试件进行了单轴受压试验考察，以充分探讨混凝土材料在压缩加载条件下的断裂过程和力学特性。利用高分辨率工业相机和实时地球物理采集系统同时捕获了裂缝过程、微地震(MS)和电磁发射(EME)信号。基于数字图像处理技术,提出了一种鲁棒的裂缝提取算法,在像素级自动识别混凝土表面的裂缝,并引入了两种新的裂缝特征,定量描述了混凝土表面裂缝的动态扩展过程。然后分析了MS、EME、应力降与动态裂纹演化特征的相关性。结果表明：（1）混凝土试件的MS、EME信号在时域上具有较好的一致性，特别是在完全断裂阶段；（2）裂缝面积，在一定程度上可以反映混凝土试件在压缩断裂过程下的应力降；（3）平行于加载轴线（沿垂直方向）的裂纹扩展速度快于垂直于加载轴线（沿水平方向）的裂纹扩展速度；（4）裂纹面积、应力、MS信号和EME信号几乎同时达到峰值。最后，建立了基于PD理论的无网格数值模型来模拟混凝土的破坏过程，并给出了混凝土的位移场，进一步揭示了混凝土在压缩荷载作用下的破坏机理。
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