冲击荷载作用下含黏结界面混凝土破坏特征与应力应变分析

我国自主研发的China Rail Track System (CRTS) III 型板式无砟轨道已在高速铁路建设中得到广泛应用，该轨道结构轨下部分从上至下分别由蒸养混凝土轨道板、自密实混凝土充填层、土工布隔离层及底座板等构成.轨道板与充填层之间以界面相互黏结形成复合板共同承力、传力，在其服役过程中，会遭受高速列车动载、环境条件等外部作用，因此开展蒸养混凝土与自密实混凝土复合体系层间界面的力学特性研究，对于掌握该轨道结构的服役行为具有重要意义.

我国学者开展了诸多CRTS III 型板式无砟轨道关键组成材料的力学特性研究.Wang等为了进一步掌握蒸养温度对蒸养混凝土力学特性的影响，开展了蒸养混凝土水泥浆体和骨料的界面过渡区特性研究，发现随着温度的升高，其界面过渡区的显微硬度值会下降.同时，他们也系统研究了动态冲击荷载、弯曲疲劳荷载和低温环境作用下的蒸养混凝土力学特性，建立了相关的数学模型以阐释荷载和环境对其力学特性的影响.充填层自密实混凝土的性能也同样受到服役环境的影响，文献[1,6-9]表明，单因素或多因素的服役工况作用下，都会加速充填层自密实混凝土性能的劣化，而聚丙烯纤维、橡胶粉可以有效提升其耐久性.

然而，CRTS III 型板式无砟轨道结构是一个复合结构，随着运营时间的加长，轨道板与充填层之间的离缝、翘曲、脱黏等病害开始出现，因此，我国学者利用模拟和试验的手段进一步开展了 CRTS III 型板式无砟轨道结构的力学特性研究.何燕平对列车荷载和温度荷载作用下的轨道板结构进行了疲劳寿命预测，混凝土塑性损伤(CDP)本构模型预测表明，轨道板可使用34.8 a，自密实混凝土层可使用29.8 a.Zeng等就轨道板结构在疲劳荷载下的振动加速度的演变规律开展了足尺试验研究；Zhu等建立有限元模型分析了界面损伤对轨道板结构的影响.综上可以看出，由于黏结界面的存在，复合结构受外部作用下的力学性能变化和单一材料的力学特性变化会有所差别，特别是层间界面的存在能显著影响力学特性.如前所述，轨道板结构在运营过程中主要承受列车动荷载带来的压应力和环境温度带来的翘曲应力，两者共同作用下，层间界面的黏结状态会逐渐脱黏、劣化，文献[15]表明，平台巴西圆盘试验能较好地在试件中心位置实现材料的压拉破坏效果.鉴于此，本文采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验方法，利用平台巴西圆盘试件制备了包含无砟轨道板结构中蒸养混凝土和自密实混凝土层间界面的混凝土试件，研究了含黏结界面混凝土在冲击荷载下的力学特性及其应变率效应，为进一步掌握板式轨道结构在冲击荷载作用下的力学响应特性和规律以及合理进行相关结构的抗冲击设计提供技术支撑.

1 试验概况

1.1 试样的制备

采用定制钢制模具成型含有蒸养混凝土和自密实混凝土层间界面的混凝土试件，其具体尺寸如图1(a)所示，其中直径=150 mm，厚度=75 mm，为平台角.由于界面强度相对于整体混凝土材料来说非常小，所以此次试验中采用一个大平台角(=25°)，将冲击应力尽可能分散在界面周围，以形成以压应力为主的试验破坏效果.

基于高速铁路CRTS III 型板式无砟轨道结构轨道板用C60蒸养混凝土(SC)、充填层用C40自密实混凝土(SCC)的原材料和配比进行蒸养混凝土和自密实混凝土的制备，原材料包括 P•O 42.5水泥、粉煤灰、矿渣粉、河砂、碎石、外加剂等，蒸养混凝土28 d实测抗压强度为60.3 MPa，自密实混凝土为43.2 MPa，具体的材料属性如表1所示.含黏结界面混凝土在成型过程中，先浇注成型并养护蒸养混凝土，至28 d龄期后浇注成型自密实混凝土，再在标准条件下养护含黏结界面混凝土28 d后，将试件置于双端面打磨机上进行打磨，使其表面的平整度符合冲击试验的要求，具体如图1(b)所示.

2.2.4 腹痛复发情况 试验组与对照组进入4周随访的分别为20例、13例；复发例数分别为5例（25.00%）、7例（53.85%），组间比较，差异无统计学意义，FAS、PPS分析结论一致。

2.2.1 政府直接给予补助。政府要综合考虑农村空巢老人群体，给予农耕空巢老人家庭补助。通过农耕来获取收入的空巢老人，多半是因为子女外出打工，所赚取的工资仅能维系自己的生存，难以有额外资金提供给老人，空巢老人只能自己想办法获得收入，在这种情况下，老人劳动强度过大，加之体力不够，日积月累，患病率增加，医药费的支出及其他费用支出使很多空巢老人生活水平一直得不到提高。因此，要给予农耕空巢老人稳定的资金补助。

1.2 试样的测试

..静态试验 静态测试在Instron电液伺服压力机上进行，如图2所示.具体过程为：设置为位移控制，速度0.05 mm/min，应变率为10s量级.

..模型的建立 根据损伤力学理论可知，当采用等应变假设时，在一维应力状态下表示如下：

(1)

()=

图10为按照式(5)计算的SHPB作用下含黏结界面混凝土DIF随应变率变化图.已有文献报道：当应变率在30 s附近时，CRTS III 无砟轨道用蒸养混凝土的DIF大约为1.7，自密实混凝土大约为1.3，均低于本试验中整体破碎模式下含黏结界面混凝土的DIF值.说明含黏结界面混凝土具有更高的率敏感性.同时，上述文章中的研究结果也表明，蒸养混凝土和自密实混凝土均属于率相关材料，即随着应变率的提高其峰值应力相应提高.而对于含黏结界面混凝土来说，界面分离失效模式下的DIF值具有应变率效应，即随应变率的增加其DIF值增加，但是，整体破碎失效模式下的DIF值随应变率的增加不发生变化，即不具有明显的应变率效应.

(2)专业知识。具体到客服人员涉及的行业与企业，专业知识主要体现在行业背景、业务流程、产品知识、营销知识、心理学知识等。

(2)

(3)

式中：为损伤度.

宝清县地下水富水性差异较大，地下水开发应合理进行。建议调整地下水开发利用过度地区用水方式和用水量，以地表水资源置换地下水资源，一方面保证地下水环境健康发展和可持续利用，另一方面更好地保证农业用水。

2 试验结果与分析

2.1 破坏形态及过程

为了进一步量化不同应变率下的含黏结界面混凝土的破碎程度，对破碎颗粒进行筛分试验，参照下式进行破碎颗粒的细度模数计算，并采用该值来定量表征破碎程度.

(4)

式中：为细度模数；～分别是筛孔直径为4.75、2.36、1.18、0.63、0.3、0.15 mm的6个筛上的累积筛余比例.试验得到的破碎颗粒的细度模数随应变率的变化结果如图8所示.对于单一混凝土材料，破碎颗粒的细度模数随应变率的变化呈现线性降低关系，含黏结界面混凝土的破碎颗粒的细度模数随应变率的增加，其数值维持在1.66左右，即不随应变率变化而发生明显变化.这进一步说明了由于层间界面的存在，含黏结界面混凝土在高应变率下不是以细碎混凝土作为能量释放，而是沿着层间界面进行裂纹拓展吸收能量.

3.6 髋关节的应用 MWM技术可减轻关节疼痛，增加关节活动范围，改善肌肉骨骼生理功能。Beselga等[41]人评估MWM对髋关节骨关节炎(OA)的影响。结果是实验组的疼痛NRS下降，屈髋增加，内旋转增加，功能测试在临床有改进。结论为 MWM在老年患者髋关节OA应用后，疼痛立即减轻、髋关节屈曲ROM和身体活动能力立即提高。所观察到的即刻变化具有临床相关性，未来的研究需要确定这种干预的长期效果。

2.2 应力应变曲线特征分析

..冲击韧性 为了更好地衡量含黏结界面混凝土在变形和断裂过程中吸收能量的性能指标，引入韧性计算.定义峰前冲击韧性为破坏前的吸收能量值，具体为应力应变曲线中起点到峰值应变之间曲线与横轴所围成的面积；峰后冲击韧性为含黏结界面混凝土破坏后的吸收能量值，考虑到在下降段如果应变继续增大，含黏结界面混凝土基本已经破碎或者变形分离，因此韧性采用应力应变曲线中峰值应变到15之间曲线与横轴所围成的面积通过以上2个指标来分析含黏结界面混凝土在冲击荷载作用下破坏前后的冲击韧性变化规律，具体的计算结果如图12所示可以看出，总韧性()、峰前冲击韧性以及峰后冲击韧性均表现出明显的应变率效应，即应变率越大，其冲击韧性越大.说明含黏结界面混凝土中层间界面的存在，能够吸收冲击能量，从而提高其冲击韧性.

为进一步量化含黏结界面混凝土动态强度的应变率效应，引入强度动态提高因子(DIF)，具体如下：

(5)

式中：为含黏结界面混凝土在动态作用下的峰值应力(强度)；为含黏结界面混凝土在准静态作用下峰值应力(强度).

1.提出了进一步转变经济发展方式的总体思路。报告强调，要“把推动发展的立足点转到提高质量和效益上来，着力激发各类市场主体发展新活力，着力增强创新驱动发展新动力，着力构建现代产业发展新体系，着力培育开放型经济发展新优势，使经济发展更多依靠内需特别是消费需求拉动，更多依靠现代服务业和战略性新兴产业带动，更多依靠科技进步、劳动者素质提高、管理创新驱动，更多依靠节约资源和循环经济推动，更多依靠城乡区域发展协调互动，不断增强长期发展后劲”［1］。

HPLC法同时测定四味姜黄汤散中7种成分的含量…………………………………………………… 赵 娅等（1）： 29

式中：、和分别为压杆的横截面积、弹性模量和弹性波波速；和分别是试件的横截面积和原始长度.

..动态峰值应变 大多数研究表明，单一混凝土材料在动态冲击作用下，其峰值应变()会随应变率的增加而增加，图11为含黏结界面混凝土在冲击荷载作用下的峰值应变随应变率的变化图.可以看出，本试验研究的应变率范围内，含黏结界面混凝土的峰值应变随应变率的增加而增加，表现出明显的应变率效应.相对静态作用，动态冲击作用明显降低了其峰值应变，而且随着动态冲击作用应变率的增加，这种降低作用越发不明显.应变率从11.8 s增加到57.8 s，峰值应变最大降低了85%，最小降低了12%.结合DIF值随应变率的变化规律进一步分析可知，含黏结界面混凝土的裂纹更多的在层间界面处累积、拓展，是其随应变率增加而增加的主要原因.

..强度及强度动态提高因子 图9为SHPB作用下含黏结界面混凝土的应力应变曲线图.可以看出，在界面分离失效模式下，含黏结界面混凝土的极限破坏荷载随应变率的增加而增加，表现出明显的应变率效应.在整体破碎失效模式下，极限破坏荷载不具有应变率效应.

进一步定义峰前韧性比、峰后韧性比及韧性转化比，峰前韧性比越大表明能量积聚至临界状态越快，峰前强度丧失越快；峰后韧性比越大表明损伤演化越快，能量释放越迅速，试件损伤、变形速度越快.具体的计算结果如图13所示.可以看出，对于整体破碎失效模式的含黏结界面混凝土来说，其能量的积累和释放随应变率的变化均呈现出比较平缓的变化.而对于界面分离失效模式的含黏结界面混凝土来说，其能量的积累速度随着应变率增加有所下降，能量释放速度会有所增加，由于峰后韧性增长速率大于峰前，从而带来韧性转化比随应变率的增加而增加.这是因为层间界面在整体破碎失效模式下充当了能量缓冲区角色，随着应变率增加，峰前韧性更多被层间界面吸收，从而能量的积累和释放都在一定程度上被缓冲，变化比较平缓；而对于界面分离失效模式的含黏结界面混凝土来说，此时层间界面是其破坏的主体所在，其中单一混凝土材料的弹性变形充当了含黏结界面混凝土的能量缓冲区角色，随着应变率增加，层间界面处来不及进行能量积聚，只能寻求在界面处迅速释放.通过以上分析可以看出，两种失效模式下，层间界面均是能量积累和释放的主要场所.

2.3 本构模型

=(1-)

(6)

图4为超动态应变仪所记录到的含黏结界面混凝土在冲击荷载下的入射杆、透射杆典型电信号图，图中为电压.通过数据处理，可以得到两端入射杆和透射杆中的应力随时间的分布情况，如图5所示.其中，入射杆端的应力为入射波和反射波应力的叠加，而透射杆端则为透射波的应力，二者信号在经过混凝土内部的来回反射后，重合性较好，表面试样两端的应力达到平衡，试验达到了应力均匀状态.

由于材料强度服从Weibull分布，所以有理由认为材料的损伤度也服从该统计分布，由两参数的Weibull分布有：

在地物符号的分类上，三维地形图不同于二维数字地形图，其划分原则是按不同的要素类型，对地物符号进行划分，有点状符号、线状符号、面状符号及体状符号4个类别。在三维地形图中，虽然部分没有高度的点状符号、线状符号和面状符号仍然保留了其在二维数字地形图中的表达方式，但作为一个完整的三维数字地形图的理论体系，我们依旧按照新的分类方法对其一并进行了划分［1-3］。在三维地形图中，地物要素最多的即点状符号，而点状符号的分类与表达有一定的复杂性与多元性。因此，本文主要探讨三维点状符号的设计与表达。

(7)

式中：和为与损伤分布有关的两个参数.

基于式(7)，可以将式(6)改写为

(8)

进一步根据应力应变关系图上的几何边界条件，可以得到、的表达式以及仅包含参数的含黏结界面混凝土动态本构模型：

(9)

(10)

(11)

式中：取动态峰值强度1/3时的割线模量.

..模型的验证 按照式(11)对实测的含黏结界面混凝土在不同应变率下的应力应变曲线进行拟合，得到试验数据和模型数据的结果如图14所示.由图14可以看出，基于Weibull分布的本构模型对试验数据吻合较好，尤其在应力应变曲线的上升段具有很高的吻合度，说明Weibull分布的本构模型与含黏结界面混凝土的峰前应力有很好的匹配性，而在适用于应力应变全曲线方面仍然存在一定的局限性.

进一步分析不同应变率下Weibull分布中参数的变化情况，具体如图15所示.已有研究结果表明，参数代表了材料的延性.由图15可以看出，参数随应变率的变化规律与试件的失效模式有关：界面分离失效模式下，的值均随应变率的增加而迅速增加；整体破碎失效模式下，的值均随应变率的增加而缓慢增加.含黏结界面混凝土从界面分离失效模式转变到整体破碎失效模式过程中，值会骤然下降，这是因为应变率超过20.8 s以后，含黏结界面混凝土出现整体破碎失效模式，此时的混凝土材料内部变形被释放，产生大量的塑性变形，延性提高，导致值迅速下降.

首先，可能是一种素养的养成。不管是在自己家里成天找东西的人，还是那个险些命丧自己丢在床上的西瓜刀的孩子，他们并无害人之心，更无伤己之意。他们之所以没有养成将用完的东西放回原处这样简单的生活习惯，多半是因为自小没有受到这样的家庭教育和熏陶，也就没有在心里固化这样的意识。他们的父母，也没有认识到这样的家庭教养的重要性；或者，他们的父母自身，也缺乏这样的素养。

3 结论

(2) 界面脱黏分离失效模式下，含黏结界面混凝土以界面脱黏变形为主.随着应变率的增加，含黏结界面混凝土的动态抗压强度、DIF、峰值应变、冲击韧性均增加，此时含黏结界面混凝土的动态性能具有明显的率相关性.

(3) 整体破碎失效模式下，界面脱黏变形和混凝土破碎变形同时存在，随着应变率的增加，裂纹往界面处累积、拓展，界面起到了能量缓冲的作用，此时含黏结界面混凝土的动态抗压强度、DIF随应变率的增加保持不变，而峰值应变和冲击韧性随应变率的增加而增加.

(4) 所建立的基于Weibull分布的含黏结界面混凝土的本构模型，与试验结果吻合较好，尤其对峰前应力应变有很好的匹配性，但是对峰后应力应变存在一定的局限性，其模型参数代表了混凝土材料的延性，而且与失效模式和应变率密切相关：界面分离失效模式下，随应变率的增加迅速增加；整体破碎失效模式下，随应变率的增加缓慢增加.