碳纤维增韧注浆体试块动态压缩力学特性及其数值模拟

作者：朱昌星; 吴大志; 孙家鑫^*

来源：中国矿业大学学报. 自然科学版, 2023, 1-13.

DOI：10.13247/j.cnki.jcumt.20230184

• 碳纤维
• 注浆固结体
• 能量耗散
• SHPB
• LS-DYNA

为研究存在大量细微裂隙砂层的注浆加固效果,以级配砂砾为被注材料,碳纤维改性超细水泥基浆液为注浆材料,进行室内注浆试验.以注浆体试块(GCB)为研究对象,开展SHPB冲击及其LS-DYNA模拟试验、扫描电子显微镜(SEM)试验,对不同应变率试块动态压缩力学性能及碳纤维增韧机理进行研究.研究结果表明:随着应变率的增加,碳纤维(CF)对试块的增强效果逐渐增大,碎块数目增加,碎块尺度降低;模拟结果与试验基本一致,试块能量耗散率呈现应变率无关性,波动范围约在40%,水泥浆耗散能占总耗散能的85%以上,1%CF试块能量耗散率均略高于0CF试块;通过SEM图像发现,试块基体中碳纤维的失效模式主要为拉拔破坏,少数为断裂破坏,碳纤维从基体中拔出或断裂吸收能量,阻止其破坏,且纤维改变微裂纹扩展路径,从而提高试块整体的力学性能.基于MATLAB创建碳纤维随机分布的数值模型,基体中不同位置、角度的碳纤维承受的轴向应力差距较大,碳纤维与冲击方向夹角的增大,碳纤维的主要承载方式由受压变为受拉.

• 单位
  土木工程学院; 河南理工大学