1.一种无砟轨道冻结与损伤行为计算方法,其特征在于,包括:S1、根据动弹性波试验获取已浇筑混凝土试件的多孔骨架体积压缩模量,并计算得到Biot系数;
S2、根据CT扫描和图像识别技术,获取混凝土试件孔结构分布参数和整体孔隙率;
S3、根据所述孔结构分布参数,计算得到混凝土试件冻结过程中温度-冻结速率的关系曲线;
S4、根据Young-Laplace方程冰-未冻水平衡以及冰-吸附水膜平衡关系,构建平均孔隙压力与温度、孔结构之间的函数关系;
S5、基于多孔介质力学、多孔介质内水分迁移达西定律和多孔体系热传导Fourier定律,构建多孔介质应力场-温度场-渗流场的耦合控制方程,得到冻融过程中无砟轨道内结构受力、热量传输和水分迁移之间的相互作用关系。
2.根据权利要求1所述的无砟轨道冻结与损伤行为计算方法,其特征在于,所述步骤S1中计算得到的Biot系数b为:其中,K0为多孔骨架压缩模量,Km为固体基质压缩模量。
3.根据权利要求2所述的无砟轨道冻结与损伤行为计算方法,其特征在于,所述步骤S3中计算得到混凝土试件冻结过程中温度-冻结速率的关系曲线为:其中, 温度降低过程中水的质量结冰率,ρw为水的密度,wi为水的结冰质量;
Vw-i为孔隙内冰的体积含量,其计算表达式为:Vw-i=φ(Rpeq)-Vads(Rpeq)吸附层的体积含量Vads为:
其中, 为孔径分布函数,Rn为结晶的最大孔隙半径,r为孔隙半径;
孔径Rpeq为:
Rpeq=Req+δ
其中,Req为冰晶体尖端平衡半径;δ为孔隙水膜厚度之和,其表达式为:其中,θ为摄氏温度;
冰晶体尖端平衡半径Req为:
其中,γls为冰与水表面张力,T0为正常水冰点,Rmax为冰晶体尖端最大半径,L为水的相变潜热,即单位质量的水分结冰释放的热量。
4.根据权利要求3所述的无砟轨道冻结与损伤行为计算方法,其特征在于,所述步骤S4中构建平均孔隙压力与温度、孔结构之间的函数关系为:P*(θ)=Pw(θ)+X
其中,Pi为孔隙冰压力,Pw为孔隙水压力,γ为冰与水表面张力,Req为冰晶体尖端平衡半径,πw为吸附层水压力,P*(θ)为平均孔隙压力,Pw(θ)为孔隙水压力,X为结晶压力;
结晶压力X的表达式为:
其中,n为整体孔隙率,Rpeq(θ)为结晶的最小孔隙半径,Req(θ)为冰晶体尖端平衡半径。
5.根据权利要求4所述的无砟轨道冻结与损伤行为计算方法,其特征在于,所述步骤S5中构建多孔介质应力场-温度场-渗流场的耦合控制方程分别为:当不考虑体力的作用下,多孔介质微元的应力场控制方程为:其中, 为张量算子,C0多孔介质骨架的弹性刚度张量,ε为多孔骨架的应变,I为单位张量,由于温度变化是孔隙压力变化的直接原因,令:其中,K0为多孔骨架压缩模量,α0为多孔骨架的体膨胀系数;
忽略对流对热传导的影响,并考虑相变潜热,则多孔介质的温度场控制方程为:其中,ρm为多孔骨架密度, 为摄氏温度随时间的变化速率,λ为热传导系数,L为水的相变潜热,多孔体系比热容为Cef:其中,Cm、Cw和Cw分别表示多骨架、水以及冰的比热容,λef、λm、λw、λi分别为多孔体系、骨架、水以及冰的热传导系数,Sw为水饱和度,ρw为水密度,Si为冰饱和度,ρi为冰密度;
混凝土冻结过程中的内水分迁移,即渗流场的控制方程为:其中, 为静水压力随时间的变化速率,k为渗透系数,μ为水的动力粘滞系数,为体应变,S为压力源项,其中,β为多孔弹性储水修正系数,Kw为水的压缩模量,Ki为冰的压缩模量;
其中,αw、αi、α0分别为水、冰、多孔骨架的体膨胀系数, 为结晶压力随时间的变化速率,