不同粉煤灰掺量下ＳＣＣ 单轴压缩试验离散元数值分析

摘 要：为了研究不同粉煤灰掺量自密实混凝土的力学性能变化及破坏性状，利用ＰＦＣ２Ｄ 中的ＦＩＳＨ 语言及该程序自带的线性黏结模型，建立不同粉煤灰掺量自密实混凝土单轴压缩试验离散元模型，并与实际试验结果进行对比，分析其内部破坏形态与力链变化。研究表明：不同粉煤灰掺量ＦＡ－ＳＣＣ 的极限强度呈先增后减的趋势，破坏裂缝均为对角裂缝，区别在于中部竖向裂纹数量不同，建立的二维离散元数值模型可以很好地模拟粉煤灰自密实混凝土结构轴压破坏时材料内部微裂纹产生、裂缝扩展及对角贯通裂缝形成的过程，弥补了室内试验仅仅依靠肉眼观测的不足，同时模型输出的不同粉煤灰掺量自密实混凝土的轴压强度及应力应变曲线与实验室试验结果高度贴合，最大抗压强度误差不超过７．１％。

关键词：自密实混凝土；粉煤灰；单轴压缩；离散元分析

中图分类号：ＴＶ２２３．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０７．０２４

引用格式：程学磊，王亚佐，刘俊霞，等．不同粉煤灰掺量下ＳＣＣ 单轴压缩试验离散元数值分析［Ｊ］．人民黄河，２０２４，４６（７）：１４３－１４７．

自密实混凝土（Ｓｅｌｆ⁃Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＳＣＣ）为高性能混凝土的典型代表，具有优异的流动性、均匀性和稳定性，在浇筑时无须振捣，仅依靠自重流动即可填充模板空间［１］ 。因此，ＳＣＣ 被广泛应用于配筋密集、形状特异的结构，其在施工中表现优异［２］ 。粉煤灰作为燃煤电厂产出的主要固体废弃物，资源丰富、价格低廉，在配制ＳＣＣ 时以粉煤灰取代部分水泥，不仅能够改善ＳＣＣ 的工作性和密实性，而且有利于混凝土行业往绿色、环保、高性能方向发展［３］ 。目前，针对粉煤灰自密实混凝土（Ｆｌｙ Ａｓｈ Ｓｅｌｆ⁃Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ＦＡＳＣＣ）的研究大多处于室内试验阶段，随着计算机科技的发展，细观数值模拟在建筑工程研究中展现出独特的优势［４－６］ 。连续介质数值模拟方法（如有限元方法）在颗粒材料分析时有局限性，这使得非连续介质的离散元方法（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ，ＤＥＭ）在结构、材料模拟中得到广泛应用［７－８］ 。

离散元模型可以通过调整颗粒结构、粒度分布孔结构来模拟所需的结构，在处理散体材料、研究细观裂缝扩展等方面具有一定优势。成浩等［９］ 采用ＤＥＭ 定量分析了含石量和坡度变化对堆积特征的影响，得到堆积石体的堆积质量及堆积区冲程、宽度、面积的影响因素及变化趋势。戴惠新等［１０］ 研究总结了ＤＥＭ 在磨矿领域的应用，对破碎机中大中型矿石能量供给方式、颗粒的流动特性及衬板的应力和磨损进行了预测，以深入了解设备能耗、运行方式和衬板性能变化等。Ｇｙｕｒｋｏ 等［１１］ 利用ＤＥＭ 对硬化混凝土进行建模，介绍了硬化混凝土立方体单轴压缩试验的模型开发与建模过程，为ＤＥＭ 更好地在混凝土试验研究中应用提供参考。Ｈａｎｇ 等［１２］ 建立钢渣混凝土的离散元模型，进行单轴压缩模拟试验并与实际试验结果对比，进一步确认离散元模拟混凝土力学试验的可行性与准确性。丁永政等［１３］ 用ＰＦＣ２Ｄ 颗粒流程序模拟三点弯曲梁在不同位置和高度产生裂纹的压缩断裂过程，研究发现三点弯曲梁破坏性质和破坏级别在不同破坏机制下有很大的不同。王一阳等［１４］ 将ＤＥＭ 用于研究混凝土骨料分布对混凝土抗断裂性能的影响，得到混凝土脆性破坏时细观模拟下的裂缝分布情况。陈俊等［１５］ 基于ＤＥＭ 建立沥青混凝土细观模型，分析了沥青混凝土的断裂机理及断裂影响因素。戚蓝等［１６］ 建立ＳＣＣ 离散元模型，对接触参数进行标定和分析，研究不同参数对ＳＣＣ 坍落度的影响，为ＳＣＣ 性态研究提供了一个有价值的思路。