基于CT图像的混凝土细观模型构建方法研究

作者：游全伟; 王薇^*; 南纯; 宋良俊; 姚雪丹

来源：铁道科学与工程学报, 2023, 20(09): 3385-3395.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20221862

• 隧道火灾
• 混凝土
• 细观模型
• CT图像

混凝土结构的力学性能和破坏模式受其细观材料组成和细观结构控制，对隧道衬砌混凝土展开细观层面的数值模拟，可以从本源层面反映结构宏观力学行为。现有混凝土细观建模方法主要分为参数化建模和基于CT图像重构的建模两大类，参数化建模具有直观、高效等优势，但该方法不能反映骨料的实际形态特征，具有“还原性”不足的局限性。基于CT图像重构的建模具有精细化程度高、更贴近于实际的优势，然而该方法亦有着处理过程费时、还原精度过高致使求解效率较低及应用场景迁移性受限等不足。为解决细观模型“还原精度”和“求解效率”间的矛盾，利用CT系统扫描隧道衬砌混凝土获得的CT图像，通过图像处理技术对骨料形态参数进行提取与分析，而后以骨料为依据改进传统的参数化建模，将参数化建模方式和基于CT图像重构的建模方式有机结合起来，形成了基于CT图像的参数化建模方法，构建了兼具高还原精度和高求解效率的混凝土细观模型。数值模拟与试验的对比结果表明：除距离受火面0 mm处，受火前80 min内模型的数值模拟结果和受火下试块的温度场吻合程度良好，证明所建立的细观模型具有较高准确性。同时，基于CT图像的参数化建模方法，也可为衬砌结构抗火绿色低碳设计、细观尺度下混凝土的力学性能及火灾下损伤规律等研究提供借鉴。

• 单位
  中南大学; 土木工程学院; 中铁四局集团第五工程有限公司