以离散元素法分析受压混凝土方块试体之破坏机制-国立高雄大学.pdfVIP

以離散元素法分析受壓混凝土方塊試體之破壞機制 1 2 2 3 4 俞肇球 童士恒 翁孟嘉 彭詩容 李宏輝 1.國立高雄大學土木與環境工程學系副教授 2.國立高雄大學土木與環境工程學系助理教授 3.國立高雄大學土木與環境工程學系學生 4.國立台灣大學土木所大地組博士候選人 摘 要 一般固體材料的強度檢測 ，常以單向受力來進行 ，以混凝土或岩石等試體為例， 單軸抗壓試驗可能是最常採用的方式。然而觀察實驗中試體破壞的情形可以發現 ，真 正受壓最嚴重的試體中心部份 ，通常不是最早被破壞的。本論文藉由離散元素分析法 (Discrete Element Method ，DEM ，或稱顆粒元素法)來模擬這種由許多小顆粒或區塊所 組成的材料之破壞行為。這種分析法雖然在顆粒與顆粒之間仍可指定鍵結 ，但與連續 體分析最大的不同，在於前者很容易模擬顆粒剪動或滑動破壞的現象 。 本文採用離散化之二維顆粒元素(圓柱形)來進行分析，模擬方塊試體單軸受壓之 破壞情形 。其計算所得之巨觀材料彈性係數、抗壓強度以及所形成之破壞弧線 ，經與 實驗結果比對，可定出適當之材料微觀摩擦係數、鍵結力和其他材料參數。研究的結 果有助釐清這類材料真正的破壞機制。目前先以混凝土方塊為比較對象 ，未來應可擴 及其他此類材料。本文除了求得混凝土材料微觀摩擦係數、鍵結力與顆粒元素間之等 效彈簧勁度外 ，結果也顯示以鍵結及摩擦的失效來解釋方塊試體之破壞 ，比單純以抗 壓強度來解釋要更為合宜。 關鍵詞: 單壓試驗、離散元素分析法 On Failure Mechanism of a Concrete Cube Under Compression by Discrete Element Method ABSTRACT Uni-axial compression test has been the general way to evaluate the strength of bulk materials, especially brittle materials, for decades. In the field of concrete or rock mechanics, compression strength is one of the most significant engineering characteristics. By observing the compression test on a cubic specimen, the most severe compression area in material (the inner central area), however, does not match the damage pattern (side wedge peeling). In the present study, the Discrete Element Method (so-called DEM or Particle Element Method) are employed to analyze a brittle block. One of the important advantages of this method is that material damage due to bonding and friction failure can be better described. In this paper, the results of elasticity, compression strength, and the crack profile of the bulk spec