experimental study of mechanical behavior of the self-compacting rock-fill concrete and numerical simulation

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1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南华大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：日期：年月日关于学位论文使用授权说明本人同意南华大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保留学位论文；

2、学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：导师签名：日期：年月日摘要自密实堆石混凝土是指利用自密实混凝土的高流动、抗分离性能好以及自流动的特点，在粒径较大的块石(实际工程中可采用块石粒径在500mm以上)内随机充填自密实混凝土而形成的混凝土堆石体，简称堆石混凝土Rock-fillConcrete(RFC)。自密实堆石混凝土是清华大学和南华大学正在研究的一项新的筑坝施工技术，可广泛应用于堆石混凝土拱坝以及围堰、港口、海工、护坡、块石胶结充填采矿等结构中。由于所用的块石粒径较大，从而可减少堆石混凝土体中的水泥用

3、量，降低绝热温升；利用混凝土的高流动性能进行自充填，又可加快施工速度，节约成本。这种新型混凝土材料的关键技术是：(1)保证自密实混凝土在堆石空隙中自流充填密实，骨料不离析，不产生空隙和气泡，以获得良好的整体性能；(2)保证自密实混凝土与堆石块体间的良好界面粘结性能以获得满足强度要求的力学性能。本文结合自密实混凝土和堆石体各自的特点，充分发挥两种材料的优势，产生出一种新的混凝土材料——自密实堆石混凝土，符合混凝土材料的发展方向。新的混凝土材料类型势必对其力学性能提出要求，因此，为了研究这一新型材料的力学性能，主要进行了如下方

4、面的工作：首先设计了三组自密实混凝土充填堆石体的试验，以验证自密实混凝土充填3堆石的可能性。在第一、二组试验中，将试件尺寸定为500×500×1500mm，利用一定配合比的自密实混凝土以不同的浇注方式充填到堆石体中形成堆石混凝土；第三组试验是在第一、二组试验的基础上，为了模拟自密实堆石混凝土在堆3石坝中的应用，将试件尺寸扩大到1000×2000×1800mm，采用分层堆放，分层浇注的方法形成堆石混凝土。然后以形成的三个堆石混凝土块体为试件，采用切割取样的方法，研究自密实堆石混凝土的力学性能，其中包括堆石混凝土块体（梁）的抗

5、弯性能、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量、泊松比等，并用回弹法无损检测堆石混凝土的抗压强度。最后利用ABAQUS分析软件对第一、二组试验形成的堆石混凝土试件进行数值模拟。通过本文的研究可以得出如下结论：1)控制自密实混凝土的自流动距离在1500mm范围内，可形成表面质量较好的堆石混凝土，而且硬化后的堆石混凝土抗压强度不低于自密实混凝土配制强度。2)由于堆石混凝土中块石粒径较大，而无法预留试块来测定自密实堆石混凝土抗压强度的难题，可用回弹法来解决。试验表明用回弹法无损检测自密实堆石混凝土的抗压强

6、度，方法可行，结果具有参考价值。3)堆石混凝土抗弯性能研究表明，自密实堆石混凝土和普通混凝土一样，符合平截面假定。4)通过棱柱体轴心抗压试验，初步得到了σ-ε关系曲线，其比例极限和强度极限较接近，试样出现裂缝后迅速爆裂破坏；配制强度为C40的堆石混凝土平均弹性模量为42.5GPa左右，配制强度为C20的堆石混凝土的弹性模量为32GPa左右，相当于高强混凝土的弹性模量，拟合的泊松比变化范围在0.15～0.25之间；从棱柱体轴心抗压强度和抗折强度试验的破坏特征可知，堆石混凝土中的块石与自密实混凝土间有较好的粘结性，整体性能较好

7、。5)以试验的弹性模量和泊松比为基础，以得出的线弹性模型为依据，采用有限元分析的方法来模拟堆石混凝土构件，模拟结果表明所选用的计算方法和计算模型是合理的。关键词：堆石混凝土；力学性能；数值模拟Experimentalstudyofmechanicalbehavioroftheself-compactingrock-fillconcreteandnumericalsimulationABSTRACTByuseofthecharacteristicofhighfluid、theresistedseparationpropert

8、ywellaswellasflowsautomaticallyoftheself-compactingconcrete,theself-compactingconcretearerandomlyfilledtotheinsideofthebiggerrockandtherock-filledconcre