夏偉　許金余　冷冰林　孟博旭　王騰蛟　劉高杰

摘 要：由于多軸試驗(yàn)裝置的高技術(shù)性，混凝土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的動(dòng)力研究相對(duì)偏少。為研究雙軸受壓狀態(tài)下混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓特性，采用真三軸靜動(dòng)綜合加載試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了5種雙軸受壓狀態(tài)下混凝土立方體試件的沖擊壓縮試驗(yàn)，分別從應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)特征、強(qiáng)度特性和變形特性等方面分析雙軸受壓狀態(tài)對(duì)混凝土動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明：雙軸受壓狀態(tài)下，混凝土承受沖擊荷載時(shí)呈現(xiàn)典型的脆性破壞，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)初期無(wú)明顯壓實(shí)擠密階段;主軸壓比一定時(shí)，隨單側(cè)壓比的增大，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率皆呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì);雙軸受壓對(duì)混凝土有加固約束作用，因而提高了其動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和抗變形能力，主軸壓比∶單側(cè)壓比為0.4∶0.4時(shí)作用效果最佳。

關(guān)鍵詞：混凝土;雙軸受壓;應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn);動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度;沖擊壓縮變形

中圖分類(lèi)號(hào)：TU502? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ??文章編號(hào)：2096-6717（2021）02-0130-08

Abstract： Due to the high technicality of the multi-axial test equipment， the dynamic research of concrete under complex stress condition is relatively less. In order to study the dynamic compressive properties of concrete under biaxial compression， the impact compression tests of concrete cube specimens under five types of biaxial compression conditions were carried out by using the true triaxial static and dynamic comprehensive loading test system. The effects of biaxial compression on the dynamic response of concrete are analyzed from the aspects of stress-strain curve characteristics， strength characteristics and deformation characteristics. The results show that： under biaxial compression， the concrete exhibits typical brittle failure when subjected to impact load， and there is no obvious compaction stage in the initial stage of the stress-strain curve; when the spindle pressure ratio is fixed， with the increase of the unilateral pressure ratio， the dynamic compressive strength of concrete shows a trend of first increasing and then decreasing， and the peak strain and average strain rate show a trend of first decreasing and then increasing; biaxial compression has the effect of reinforcement and restraint on concrete， which improves its dynamic compressive strength and deformation resistance. When the ratio of spindle pressure ratio to unilateral pressure ratio is 0.4∶0.4， the effect is the best.

Keywords： concrete; biaxial compression; stress-strain curve; dynamic compressive strength; impact compression deformation

無(wú)論民用建筑工程還是軍事防護(hù)工程，多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)不僅要滿(mǎn)足自身設(shè)計(jì)荷載（即結(jié)構(gòu)自重、人、物等外界荷載產(chǎn)生的靜載）的要求，往往還要經(jīng)受碰撞、爆炸沖擊等動(dòng)力作用。近年來(lái)，地震、強(qiáng)風(fēng)等大型自然災(zāi)害以及恐怖主義爆炸事件時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致民用混凝土結(jié)構(gòu)遭受動(dòng)態(tài)荷載破壞的可能性大大增加[1];軍事混凝土防護(hù)結(jié)構(gòu)也越來(lái)越受到航彈爆炸、武器侵徹等強(qiáng)烈沖擊荷載的威脅[2]。為減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，更好地保護(hù)物資裝備，相關(guān)學(xué)者針對(duì)混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，展開(kāi)大量試驗(yàn)研究和理論分析，取得了許多有價(jià)值的成果。Tai [3]研究了不同加載速率下混凝土的單軸動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)混凝土具有明顯的速率依賴(lài)性力學(xué)行為;王懷亮等[4]研究拉伸和壓縮動(dòng)荷載下混凝土的單軸力學(xué)性能，測(cè)得完整的混凝土單軸動(dòng)態(tài)拉伸和壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn);Sun等[5]通過(guò)對(duì)混凝土進(jìn)行單軸動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨應(yīng)變率表現(xiàn)出正相關(guān)性;吳彬等[6]對(duì)混凝土分別開(kāi)展應(yīng)變速率為10-5、10-4、10-3s-1的雙向動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雙向受壓下其抗壓強(qiáng)度較單軸應(yīng)力狀態(tài)時(shí)得到增強(qiáng);劉鵬[7]進(jìn)行了混凝土的單軸動(dòng)態(tài)加載、定側(cè)壓雙軸加載和雙軸比例加載試驗(yàn)，提出不同應(yīng)變率下混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的表達(dá)式;程卓群等[8]進(jìn)行了不同側(cè)壓力下混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓試驗(yàn)，并利用K-G準(zhǔn)則建立了混凝土動(dòng)態(tài)雙軸受壓破壞準(zhǔn)則。相關(guān)學(xué)者針對(duì)混凝土單軸動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的研究已經(jīng)比較成熟，而由于多軸試驗(yàn)裝置的高技術(shù)性、難操作性，目前，有關(guān)混凝土在多軸受力狀態(tài)下的力學(xué)性能研究仍存在一些不足，大多以靜力研究為主[9-12]，動(dòng)力研究相對(duì)偏少且加載速率較低。在工程實(shí)踐中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的梁、柱、板等基本構(gòu)件相互連接、相互約束，使得混凝土在大多數(shù)工況下處于復(fù)雜受力狀態(tài)[13-15]，如簡(jiǎn)支梁的截面受彎矩和剪力作用，處于雙軸應(yīng)力狀態(tài);另一方面，軍事混凝土防護(hù)工程多為地下建筑結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)洞庫(kù)、地下指揮所、地下油庫(kù)等，此類(lèi)結(jié)構(gòu)因承受?chē)鷰r壓力作用，常處于多軸受力狀態(tài)。此時(shí)，混凝土的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能指標(biāo)較單軸受力狀態(tài)下有明顯差別，應(yīng)用單軸強(qiáng)度理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)存在不足，甚至偏于危險(xiǎn)。因此，為了更加接近實(shí)際工況，有必要針對(duì)多軸受力狀態(tài)下混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行深入研究。

筆者利用真三軸靜動(dòng)綜合加載試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)邊長(zhǎng)為70.7 mm的混凝土立方體試件進(jìn)行5種雙軸受壓狀態(tài)下的沖擊壓縮試驗(yàn)，研究了動(dòng)態(tài)荷載一定時(shí)雙軸受壓對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和沖擊壓縮變形的影響規(guī)律，為混凝土材料在民用建筑工程和軍事防護(hù)工程中能夠得到更加安全合理地應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用混凝土為普通混凝土，各組分具體性能和成分：水泥選用陜西堯柏水泥廠(chǎng)生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（P·O），強(qiáng)度等級(jí)為42.5，其化學(xué)組成及主要性能指標(biāo)如表1、表2所示。采用灞河天然中砂，經(jīng)水洗晾干后使用，砂的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。石子選用涇陽(yáng)縣石灰?guī)r碎石（5～12 mm，30%;12～22 mm，70%）。拌合水選用符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的自來(lái)水。減水劑使用山東輝煌新型建材有限公司生產(chǎn)的JKPCA-02型聚羥基高效減水劑，摻量1%，減水率20%。試驗(yàn)所用混凝土配合比依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55—2011）設(shè)計(jì)，如表4所示。

1.2 試件制備

采用尺寸為70.7 mm ×70.7 mm ×70.7 mm的混凝土立方體試件。先根據(jù)表4所示配合比將攪拌完畢的拌合料裝在預(yù)先除塵的塑料模具中，插搗均勻后放置于振動(dòng)臺(tái)上振搗密實(shí)，期間進(jìn)行人工插搗抹勻;然后將混凝土試件移置室內(nèi)靜置24 h后脫模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d，制得的混凝土抗壓試件形貌如圖1所示。為保證試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，進(jìn)行3次靜態(tài)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，取平均值后測(cè)得試件的實(shí)際單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)c=54.38 MPa。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用洛陽(yáng)騰陽(yáng)機(jī)械科技有限公司與空軍工程大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的真三軸靜動(dòng)綜合加載試驗(yàn)系統(tǒng)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示）進(jìn)行，該系統(tǒng)不僅可以測(cè)試多軸受壓條件下混凝土材料的靜態(tài)力學(xué)性能，還可以實(shí)現(xiàn)高應(yīng)變率下混凝土材料的多軸受壓動(dòng)力試驗(yàn)，主要由靜力加載系統(tǒng)和動(dòng)力加載系統(tǒng)兩部分組成。靜力加載系統(tǒng)（真三軸試驗(yàn)機(jī)，如圖3所示）通過(guò)電子系統(tǒng)控制，既可以進(jìn)行3個(gè)垂直方向的獨(dú)立加載、卸載以及復(fù)雜路徑的試驗(yàn)，還可以任意設(shè)置各個(gè)方向的加載大小和加載速率，能夠?qū)崿F(xiàn)混凝土材料的真三軸壓縮試驗(yàn)。動(dòng)力加載系統(tǒng)（如圖4所示）以分離式霍普金森壓桿（SHPB）[16-18]試驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)，其主體試驗(yàn)設(shè)備主要由驅(qū)動(dòng)發(fā)射裝置、子彈、入射桿、透射桿、吸收桿等部分組成;動(dòng)力系統(tǒng)是通過(guò)壓縮氣體產(chǎn)生的高壓為子彈提供動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)不同高應(yīng)變率下的動(dòng)力試驗(yàn)，主要由空壓機(jī)、大氣包（儲(chǔ)氣罐）以及氣體通道組成;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括速度采集系統(tǒng)和應(yīng)變采集系統(tǒng)。

1.4 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用雙軸靜動(dòng)組合加載方式[19-20]，加載模型如圖5所示。試驗(yàn)過(guò)程中控制試件主軸（X方向）預(yù)靜載P1恒為0.4fc（混凝土應(yīng)力在彈性極限附近，與實(shí)際工況相符合），依次改變單側(cè)軸（Y方向）預(yù)靜載P2（分別為0、0.2fc、0.4fc、0.6fc、0.8fc）。為便于試驗(yàn)結(jié)果分析，定義主軸向預(yù)靜載、單側(cè)向預(yù)靜載與混凝土實(shí)際單軸抗壓強(qiáng)度之比分別為主軸壓比和單側(cè)壓比，通過(guò)主軸壓比∶單側(cè)壓比這一參數(shù)來(lái)反映混凝土試件所處的雙軸受壓狀態(tài)（試驗(yàn)中主軸壓比∶單側(cè)壓比分別為：0.4∶0，0.4∶0.2，0.4∶0.4，0.4∶0.6，0.4∶0.8;后文簡(jiǎn)寫(xiě)為單側(cè)壓比）。試驗(yàn)分4個(gè)步驟完成：

1）以靜態(tài)壓縮試驗(yàn)測(cè)得的混凝土實(shí)際單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)c為參考標(biāo)準(zhǔn)，確定主軸向預(yù)靜載并設(shè)計(jì)不同的單側(cè)向預(yù)靜載水平;

2）在試件表面均勻涂抹黃油后，將其安置在真三軸試驗(yàn)機(jī)的加載板間，并在各加載面與加載板之間增設(shè)減摩墊層，根據(jù)試驗(yàn)需要分別在試件的主軸向和單側(cè)向以3 MPa/min的速率施加預(yù)靜載P1、P2;

3）通過(guò)SHPB動(dòng)力加載系統(tǒng)中的空氣壓縮機(jī)以0.35 MPa的氣壓推動(dòng)子彈撞擊入射桿，從而對(duì)處于雙軸受壓狀態(tài)下的試件施加沖擊荷載Pd（加載速率約為12.5 m/s），使試件在沖擊作用下發(fā)生破壞;

4）為保證試驗(yàn)精度，每種受壓狀態(tài)下至少進(jìn)行3次沖擊試驗(yàn)，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用“三波法”處理后如表5所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)分析

應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)記錄的是動(dòng)載作用下混凝土的性能變化特征，不考慮雙向預(yù)靜載施加過(guò)程對(duì)其產(chǎn)生的影響，測(cè)得主軸方向的混凝土力學(xué)性能隨雙軸受壓狀態(tài)變化的規(guī)律如圖6所示，為平均值曲線(xiàn);圖7為單側(cè)壓比為0.2和0.4時(shí)混凝土試件雙軸動(dòng)態(tài)抗壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)。

從圖6中可以看出，在不同單側(cè)壓比條件下，混凝土承受沖擊荷載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)變化走勢(shì)均包括明顯的上升段和下降段，峰值應(yīng)力附近未出現(xiàn)平臺(tái)段，混凝土達(dá)到破壞強(qiáng)度后，隨著應(yīng)變的繼續(xù)增大隨即失去承載能力，說(shuō)明其破壞形式為典型的脆性破壞;曲線(xiàn)初期近似為直線(xiàn)，接近破壞應(yīng)力時(shí)，曲線(xiàn)表現(xiàn)為非線(xiàn)性。這是由于預(yù)靜載的存在，使混凝土內(nèi)部的孔隙和裂縫在一定程度上被壓實(shí)擠密，從而在沖擊加載初期，曲線(xiàn)直接進(jìn)入線(xiàn)彈性變形階段。各曲線(xiàn)斜率差異較大，在單軸受壓狀態(tài)（側(cè)壓為0）下，曲線(xiàn)斜率低于雙軸受壓狀態(tài)下的結(jié)果，且曲線(xiàn)峰值點(diǎn)最低，應(yīng)力峰值點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值最大;在雙軸受壓狀態(tài)下，單側(cè)壓比從0增至0.4，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)整體左傾，曲線(xiàn)逐漸細(xì)高，脆性材料特征明顯，單側(cè)壓比從0.4增至0.8，曲線(xiàn)整體右傾，上升段和下降段斜率皆逐漸減小;單側(cè)壓比為0.4時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)初期陡直，峰值點(diǎn)達(dá)到最高，單側(cè)壓比為0.8時(shí)，曲線(xiàn)峰值點(diǎn)較單軸受壓狀態(tài)下略高。可認(rèn)為單側(cè)壓比為0.4是應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)發(fā)生顯著變化的臨界點(diǎn)，單側(cè)壓比對(duì)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)特征具有雙重作用，既可強(qiáng)化混凝土的脆性材料特征，亦可增加其塑性材料特征，但相對(duì)于無(wú)側(cè)壓條件，作用效果是唯一的。

2.2 強(qiáng)度特性分析

動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度是混凝土在沖擊荷載作用下發(fā)生破壞時(shí)的極限強(qiáng)度，用峰值應(yīng)力表示。圖8為單側(cè)壓比對(duì)混凝土動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。由圖8可知，在沖擊荷載一定時(shí)，混凝土的雙軸動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度均大于單軸動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度。單側(cè)壓比從0增至0.4，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與其成正相關(guān)性，隨著單側(cè)壓比的增加，其能夠不斷提高混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度;單側(cè)壓比為0.4時(shí)，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)最大值;單側(cè)壓比從0.4增至0.8，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與其成負(fù)相關(guān)性，其開(kāi)始對(duì)混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為弱化作用。說(shuō)明單側(cè)壓比對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響不是單一的，強(qiáng)化和弱化相互交織，單側(cè)壓比較小時(shí)，強(qiáng)化效應(yīng)占主導(dǎo)地位，單側(cè)壓比較大時(shí)，弱化作用表現(xiàn)明顯，最佳單側(cè)壓比為0.4。

采用動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子作為沖擊荷載作用下混凝土的強(qiáng)度增強(qiáng)指標(biāo)，表示動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度與靜態(tài)抗壓強(qiáng)度之比。圖9為動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子與單側(cè)壓比之間的關(guān)系。由圖9可見(jiàn)，側(cè)壓為0時(shí)動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子為2.87，此后，隨單側(cè)壓比的增大，動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子先上升后下降;動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子在單側(cè)壓比為0.4時(shí)達(dá)到最大值3.87，在單側(cè)壓比為0.2和0.6時(shí)，其分別為3.96和3.49，兩者大小相近，而當(dāng)單側(cè)壓比為0.8時(shí)，動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增強(qiáng)因子為2.92，略高于無(wú)側(cè)壓狀態(tài)下的結(jié)果。說(shuō)明不同單側(cè)壓比可產(chǎn)生相同的作用效果，也反映出單側(cè)壓比對(duì)混凝土強(qiáng)度的作用并不是唯一增加的。

2.3 變形特性分析

峰值應(yīng)變即混凝土材料達(dá)到峰值應(yīng)力時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，是分析雙軸受壓狀態(tài)下混凝土經(jīng)沖擊荷載作用后變形特性的重要參數(shù)。平均應(yīng)變率是指混凝土材料在受力過(guò)程中，自身應(yīng)變隨時(shí)間變化的平均速率，與加載速率、材料自身特性等因素密切相關(guān)，可反映出混凝土的變形能力。

圖10、圖11分別為X方向沖擊荷載作用下混凝土峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率隨單側(cè)壓比的變化規(guī)律。從圖中可以看出，混凝土的峰值應(yīng)變?yōu)?.6×10-3～4.6×10-3，變化幅度較小;隨單側(cè)壓比的增大，混凝土的峰值應(yīng)變先減小后增大，單側(cè)壓比0～0.4為曲線(xiàn)下降段，單側(cè)壓比0.4～0.8為曲線(xiàn)上升段;單側(cè)壓比為0和0.4時(shí)，峰值應(yīng)變分別達(dá)到最小值和最大值。此外，混凝土的平均應(yīng)變率隨單側(cè)壓比增大，同樣表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢(shì)，單側(cè)壓比為0.4和0.8時(shí)，平均應(yīng)變率分別達(dá)到最小值40.81 s-1和最大值63.60 s-1，與無(wú)側(cè)壓時(shí)相比，分別減小和增大了29%和10%。說(shuō)明單側(cè)壓比對(duì)混凝土沖擊壓縮變形的抑制作用先增加后減小，單側(cè)壓比可通過(guò)改變混凝土整體結(jié)構(gòu)特征來(lái)影響其應(yīng)變率特性。

3 機(jī)理分析

混凝土作為一種多相復(fù)合材料，其內(nèi)部存在大量微裂縫和孔洞等初始缺陷，且各組成成分的力學(xué)特性差異較大。在外部壓力作用下，微裂縫和孔洞通過(guò)亂向擴(kuò)散、產(chǎn)生、聚集以及形成宏觀(guān)裂縫等形式耗散能量?；炷吝€是一種具有應(yīng)變率相關(guān)性和粘性特征的脆性材料，在動(dòng)態(tài)荷載作用下，由于孔隙水的粘性效應(yīng)和微觀(guān)慣性效應(yīng)，使混凝土的各項(xiàng)力學(xué)性能變化更加復(fù)雜。

3.1 雙軸受壓對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)的影響

在主軸向預(yù)靜載作用下，混凝土主軸向已被擠壓密實(shí)，單側(cè)壓比較小時(shí)（0～0.4），隨著單側(cè)壓比的增大，混凝土側(cè)向逐漸密實(shí)，導(dǎo)致其內(nèi)部各組分間連系更加緊密，結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)硬，脆性特征增強(qiáng)，故隨單側(cè)壓比的增加，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)整體逐漸向左傾斜。而單側(cè)壓比較大時(shí)（0.4～0.8），由于混凝土各組分性能不同，在相互擠壓過(guò)程中產(chǎn)生破碎、分解現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，可塑性增大，故此時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)向右傾斜，但由于雙向應(yīng)力強(qiáng)化、約束作用的存在，使得混凝土脆性材料特征仍大于無(wú)側(cè)壓作用時(shí)。

3.2 雙軸受壓對(duì)強(qiáng)度和變形的影響

混凝土在主軸壓作用下處于彈性受力階段，內(nèi)部孔隙數(shù)量和孔徑皆有一定程度減小，整體性能得到增強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，單側(cè)壓比較小時(shí)（0～0.4），其一方面可促使混凝土內(nèi)部與側(cè)向有夾角的部分裂縫和孔隙閉合，另一方面可抑制外力作用下裂縫的產(chǎn)生、延伸，進(jìn)一步提高混凝土密實(shí)度的同時(shí)約束了側(cè)向變形。此外，裂縫和孔隙數(shù)量的減少，直接降低了沖擊應(yīng)力波在混凝土內(nèi)部反射的次數(shù)，加速應(yīng)力波通過(guò)試件，既減少了反射拉伸波造成的損傷，增大了混凝土強(qiáng)度，又減小了變形量，間接減弱了混凝土的變形能力。故單側(cè)壓比較小時(shí)，隨單側(cè)壓比的增大，混凝土動(dòng)壓強(qiáng)度逐漸增大，峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率逐漸減小。

單側(cè)壓比較大時(shí)（0.4～0.8），混凝土處于塑性受力階段，此時(shí)，側(cè)壓一方面會(huì)使混凝土基體的部分原始缺陷閉合，另一方面會(huì)造成其內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p傷，且損傷弱化效應(yīng)大于閉合增益作用。具體表現(xiàn)為主軸向變形被約束時(shí)，較大側(cè)壓作用下，雙向擠壓導(dǎo)致骨料間、骨料與水泥漿體間以及水化產(chǎn)物整體框架產(chǎn)生大量裂縫和孔隙，甚至分解破壞，以及混凝土豎向表面發(fā)生凸起、破裂現(xiàn)象，致使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，密實(shí)度降低，整體性能弱化，但變形能力增加。此外，大量裂縫和孔隙增大了應(yīng)力波在混凝土內(nèi)部反射的可能性，波速減緩，導(dǎo)致應(yīng)力波在試件內(nèi)部傳遞時(shí)間延長(zhǎng)，造成相同加載速率下，混凝土內(nèi)部損傷加重，變形量增大。故單側(cè)壓比較大時(shí)，隨單側(cè)壓比的增大，混凝土的動(dòng)壓強(qiáng)度逐漸減小，峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率逐漸增大。但單側(cè)壓最大時(shí)，相對(duì)于無(wú)側(cè)壓條件，其對(duì)混凝土強(qiáng)度和峰值應(yīng)變的影響依舊表現(xiàn)為強(qiáng)化和抑制作用。這一方面是由于主軸向應(yīng)力的存在既增強(qiáng)了混凝土的整體性能，又消耗了部分單側(cè)壓加載產(chǎn)生的能量，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部缺陷弱于初始缺陷;另一方面是由于雙向應(yīng)力的存在，既限制了混凝土的變形，又消耗了動(dòng)載作用產(chǎn)生的部分能量，間接彌補(bǔ)了預(yù)靜載過(guò)大給混凝土整體性能帶來(lái)的損傷。

4 結(jié)論

采用控制變量法，以峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率為指標(biāo)，研究了當(dāng)動(dòng)態(tài)荷載一定時(shí)雙軸受壓狀態(tài)對(duì)混凝土立方體試件動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和沖擊壓縮變形的影響，主要結(jié)論如下：

1）雙軸受壓狀態(tài)下，混凝土承受沖擊荷載時(shí)呈現(xiàn)典型的脆性破壞，應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)初期近似為直線(xiàn)段，壓實(shí)擠密階段不明顯，接近破壞應(yīng)力時(shí)，曲線(xiàn)表現(xiàn)為非線(xiàn)性。

2）隨著單側(cè)壓比的增大，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，單側(cè)壓比為0.4時(shí)，混凝土的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)最大值。

3）隨著單側(cè)壓比的增大，混凝土的峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率皆呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)，單側(cè)壓比為0.4時(shí)，混凝土的峰值應(yīng)變和平均應(yīng)變率出現(xiàn)最小值。

4）雙軸受壓狀態(tài)增強(qiáng)了混凝土的脆性材料特征，提高了其動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度和抗變形能力，主軸壓比∶單側(cè)壓比為0.4∶0.4時(shí)提高程度最大。

參考文獻(xiàn)：

[1] TOROK R. The 9/11 Commission Report and the reframing of the ‘war on terror as a new type of warfare [J]. Journal of Policing， Intelligence and Counter Terrorism， 2011， 6（2）： 137-150.

[2] 邸成. 日本廣島原子彈事件[J]. 世界環(huán)境， 2012（4）： 7.

DI C. Hiroshima atomic bomb incident in Japan [J]. World Environment， 2012（4）： 7. （in Chinese）

[3] TAI Y S. Uniaxial compression tests at various loading rates for reactive powder concrete [J]. Theoretical and Applied Fracture Mechanics， 2009， 52（1）： 14-21.

[4] 王懷亮， 聞偉. 碾壓混凝土單軸動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究[J]. 水力發(fā)電學(xué)報(bào)， 2011， 30（4）： 155-160， 167.

WANG H L， WEN W. Dynamic mechanical properties of RCC under uniaxial stress [J]. Journal of Hydroelectric Engineering， 2011， 30（4）： 155-160， 167. （in Chinese）

[5] SUN J S， MA L J， DOU Y M， et al. Effect of strain rate on the compressive mechanical properties of concrete [J]. Advanced Materials Research， 2012， 450/451： 244-247.

[6] 吳彬， 彭剛， 周寒清. 雙軸受壓下混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J]. 水電能源科學(xué)， 2013， 31（5）： 100-102， 148.

WU B， PENG G， ZHOU H Q. Experimental study on dynamic characteristics of concrete under biaxial compression [J]. Water Resources and Power， 2013， 31（5）： 100-102， 148. （in Chinese）

[7] 劉鵬. 混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)研究與數(shù)值分析 [D]. 遼寧 大連： 大連大學(xué)， 2011.

LIU P. Experimental study and numerical analysis of dynamic mechanical properties of concrete [D]. Dalian， Liaoning： Dalian University， 2011. （in Chinese）

[8] 程卓群， 王乾峰， 王普， 等. 雙軸受壓混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)特性及破壞準(zhǔn)則研究 [J]. 水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)， 2019（5）： 101-107.

CHENG Z Q， WANG Q F， WANG P， et al. Research on dynamic mechanical characteristics and failure criteria of biaxial compression concrete [J]. Hydro-Science and Engineering， 2019（5）： 101-107. （in Chinese）

[9] 李志光. 雙軸壓-壓下活性粉末混凝土的實(shí)用破壞準(zhǔn)則試驗(yàn)研究 [D]. 北京： 北京交通大學(xué)， 2013.

LI Z G. Experimental study on practical failure criterion of reactive powder concrete under biaxial compression [D]. Beijing： Beijing Jiaotong University， 2013.（in Chinese）

[10] 王四巍， 王忠福， 潘旭威， 等. 多軸應(yīng)力下塑性混凝土峰值后變形特征[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2014， 17（4）： 654-658.

WANG S W， WANG Z F， PAN X W， et al. Post peak deformation characteristics of plastic concrete under multiaxial stress state [J]. Journal of Building Materials， 2014， 17（4）： 654-658. （in Chinese）

[11] 張家興. 再生混凝土多軸壓強(qiáng)度試驗(yàn)及破壞準(zhǔn)則研究[D]. 北京： 北方工業(yè)大學(xué)， 2015.

ZHANG J X. Strength characteristic and failure criterition of plain recycled aggregate concrete under multi-axial compression states [D]. Beijing： North China University of Technology， 2015.（in Chinese）

[12] 白衛(wèi)峰， 解偉， 管俊峰， 等. 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下孔隙水壓力對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 [J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2015， 18（1）： 24-30， 37.

BAI W F， XIE W， GUAN J F， et al. Effect of pore water pressure on compressive strength of concrete under complex stress state [J]. Journal of Building Materials， 2015， 18（1）： 24-30， 37.（in Chinese）

[13] 孟順意. 混凝土雙軸動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究[D]. 遼寧 大連： 大連理工大學(xué)， 2010.

MENG S Y. Experimental study on concrete under biaxial dynamic stress [D]. Dalian， Liaoning： Dalian University of Technology， 2010.（in Chinese）

[14] 任政. 混凝土真三軸力學(xué)性能試驗(yàn)與本構(gòu)理論研究[D]. 南京： 東南大學(xué)， 2018.

REN Z. Experimental research on the true triaxial mechanical properties and constitutive theory of concrete [D]. Nanjing： Southeast University， 2018.（in Chinese）

[15] 李振寶， 崔燕偉， 宋坤， 等. 雙向受力下鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力計(jì)算方法[J]. 工程力學(xué)， 2019， 36（1）： 175-182.

LI Z B， CUI Y W， SONG K， et al. Shear capacity calculation method of panel zone in reinforced concrete frame under bidirectional loading [J]. Engineering Mechanics， 2019， 36（1）： 175-182. （in Chinese）

[16] 李為民， 許金余. 大直徑分離式霍普金森壓桿試驗(yàn)中的波形整形技術(shù)研究 [J]. 兵工學(xué)報(bào)， 2009， 30（3）： 350-355.

LI W M， XU J Y. Research on waveform shaping technology in large diameter Split Hopkinson Pressure Bar test [J]. Acta Armamentarii， 2009， 30（3）： 350-355.（in Chinese）

[17] 陳藝順， 王波， 周健南， 等. 沖擊載荷作用下蒸壓加氣混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究[J]. 振動(dòng)與沖擊， 2019， 38（18）： 201-206， 255.

CHEN Y S， WANG B， ZHOU J N， et al. Dynamic mechanical properties of AACs under impact loading [J]. Journal of Vibration and Shock， 2019， 38（18）： 201-206， 255. （in Chinese）

[18] 李林濤. 高應(yīng)變率下不同含水率混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J]. 建筑科學(xué)， 2019， 35（11）： 78-83.

LI L T. Experimental study on mechanical properties of concrete with different moisture content under high strain rate [J]. Building Science， 2019， 35（11）： 78-83. （in Chinese）

[19] 李萌. 靜動(dòng)組合荷載下混凝土多軸動(dòng)態(tài)強(qiáng)度研究 [D]. 北京： 北京工業(yè)大學(xué)， 2017.

LI M. Dynamic multiaxial strength of concrete under static-dynamic coupled loading [D]. Beijing： Beijing University of Technology， 2017. （in Chinese）

[20] 王杰， 金解放， 袁偉， 等. 基于SHPB的巖石動(dòng)靜組合加載試驗(yàn)研究進(jìn)展[J]. 礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)， 2019， 39（5）： 75-81.

WANG J， JIN J F， YUAN W， et al. Experimental research progress of rock under coupled dynamic and static loading based on SHPB [J]. Mining Research and Development， 2019， 39（5）： 75-81. （in Chinese）

（編輯 胡玲）