开展了砂浆-岩石界面抗拉强度、断裂特性试验研究，分析了界面粗糙度、砂浆强度、岩石种类对界面参数的影响，并设计预埋骨料试件进行三点弯曲试验，得到了裂缝尖端遇到骨料后不同的裂缝扩展路径。进行了岩石的断裂试验，验证基于材料起裂韧度的裂缝扩展准则在岩石材料中的适用性，并提出了以裂缝口张开位移为控制变量的计算方法，避免了粘聚力的迭代运算，提高了计算精度与计算效率。设置垂直双材料界面裂缝试件，探究了裂缝尖端在界面时的扩展准则，后将界面单独作为一相材料，采用应力外推法得到界面的断裂韧度，研究界面断裂韧度的尺寸效应。基于本课题组提出的基于材料起裂韧度的裂缝扩展准则，采用数值方法得到裂缝扩展全过程的p-cmod曲线，通过试验验证了裂缝扩展准则的在多相材料中的准确性。最后，将裂缝扩展准则用于随机模型以探究混凝土非均匀性对裂缝扩展过程的影响，通过统计分析得到极限荷载、断裂过程区长度等要素的概率分布函数，为工程检测和工程可靠性分析提供依据。本项目的课题研究对评估细观层次的混凝土裂缝扩展规律和机理具有重要的理论意义和工程应用价值。 2100433B

粗骨料的随机分布造成混凝土材料的不均质性，影响裂缝扩展规律，进而改变混凝土宏观断裂特性，这在全级配大骨料混凝土中体现得尤为明显。本项目拟采用宏观断裂力学从细观层次研究裂缝扩展过程，提出以应力强度因子为参量的复合型裂缝扩展准则，以判别混凝土不同介质（砂浆、骨料及界面）在复杂应力场下裂缝扩展模式，重点研究裂缝尖端遇到骨料时产生的三种扩展路径，即裂缝穿过骨料、沿界面扩展至砂浆及沿界面扩展至骨料，以及不同扩展路径对裂缝演化、宏观断裂性能的影响。通过试验研究界面软化本构关系、细观断裂过程区形成机理，在此基础上探讨混凝土细观结构与宏观断裂能之间的关系，发展基于细观层次的虚拟裂缝粘聚力的分离裂缝模型，结合理论分析实现对裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏的全过程模拟。本项目提出的方法克服了宏观力学无法解释裂缝扩展规律及细观力学难以获取界面力学参数的困难，为评价全级配大骨料混凝土结构安全性提供了一个新的思路。

针对混凝土损伤力学由于塑性自由能的物理机制模糊不清而裹足不前的困境，本项目开展了以下几方面的研究：抽象细观方面，寻求弹塑性自由能的简化直观表示，探索细观弹簧的随机断裂规律，得到宏观损伤变量的随机演化函数。具象细观方面，寻求弹塑性自由能的细观直接描写，从细观弹性应变能推导宏观弹塑性自由能，寻找具有细观力学基础的宏观损伤演化规律。将细观模型植入宏观损伤理论框架，构建完整的3维弹塑性随机损伤本构关系，发展隐式、半隐式回映积分算法。为非线性随机结构分析中采用的代表性样本点的选择，构造点群识别算法。尝试将随机本构用于随机结构。开展钢管混凝土构件试验作为对照。 本项目从细观角度揭示了塑性自由能的物理本质，避免了目前尚难以实际开展的非连续介质有限元分析，为弹塑性自由能给出了便于使用的半解析表达式。抽象细观自由能函数具有明确的物理意义而令人信服，为本构关系奠定了更为坚实的科学基础，为发展多尺度随机损伤力学提供了一条新的途径。本项目通过对微裂缝扩展与摩擦的抽象细观描述，合理反映拉、剪、压不同损伤机制，建立起公开发表的文献中首个全面反映混凝土单边效应和约束效应的本构模型，为混凝土结构（随机）非线性分析提供了有力的基础理论和实用工具。本项目的点群识别算法可减少所需代表点的数目，因而有助于控制今后大规模开展随机结构分析的计算量。

第1章 绪论

1.1 混凝土类材料的破损过程

1.2 混凝土静态力学理论研究

1.2.1 断裂力学模型

1.2.2 损伤力学模型

1.2.3 细观损伤模型

1.3 混凝土动态力学性能研究

1.3.1 动态试验研究成果

1.3.2 理论研究成果

1.4 混凝土细观力学的研究

1.4.1 混凝土力学行为研究的层次方法

1.4.2 混凝土细观力学试验研究现状

1.4.3 细观力学数值仿真预处理研究

1.4.4 混凝土细观力学的数值仿真研究

1.5 本书的框架与内容简介

本章参考文献

第2章 混凝土细观力学预处理方法

2.1 概述

2.2 随机变量及其产生方法

2.2.1 蒙特卡罗方法简介

2.2.2 随机数及其产生

2.3 随机骨料的生长

2.3.1 二维骨料的生长

2.3.2 三维骨料的生长

2.4 基于分层摆放法的混凝土细观力学预处理方法

2.4.1 随机骨料的投放

2.4.2 随机骨料有限元网格坐标的生成

2.5 基于背景网格的混凝土细观力学预处理方法

2.5.1 背景网格的生成

2.5.2 基于背景网格的骨料侵入的判定方法

2.5.3 分级配投放

2.5.4 混凝土细观三相介质识别

2.6 两种预处理方法对比

本章参考文献。

第3章 混凝土多相细观力学有限元模型

3.1 混凝土多相细观力学损伤断裂模型

3.1.1 数值模型的基本思路

3.1.2 细观单元的损伤本构关系

3.2 非线性损伤断裂分析的有限元法

3.2.1 有限元隐式解法

3.2.2 有限元显式解法

3.2.3 算法对比分析

3.3 算例分析

3.3.1 Petersson三点弯曲切口梁试验

3.3.2 拉剪混合破坏切口梁试验

本章参考文献

第4章 细观力学参数非均质随机分布（Weibull分布）模型的改进

4.1 概述

4.2 Weibull统计分布的基本理论

4.3 Weibull统计分布的数值实现

4.4 不同均质度对混凝土性能的影响

4.4.1 随机样本的有限元模型

4.4.2 计算结果分析

4.5 随机场相关因子对材料性能的影响——Weibull分布模型的改进

4.5.1 随机场相关尺度的引入

4.5.2 相关尺度的数值实现

4.5.3 算例分析

本章参考文献

第5章 混凝土多相细观力学性能试验研究与数值仿真

5.1 概述

5.2 堆石混凝土材料的研究现状

5.3 三相介质力学性能的试验研究

5.3.1 试件的制备

5.3.2 试验装置与试验步骤

5.3.3 试验结果

5.4 用多相细观力学模型研究堆石混凝士陛能

5.4.1 基本条件

……

第6章 基于多尺度均匀化理论建立混凝土多相细观-宏观力学特性的桥梁

第7章 用混凝土等效概率模型研究强度尺寸效应——实验与数值仿真

第8章 混凝土等效概率模型在混凝土重力坝抗震分析中的应用

第9章 颗粒离散元数值模型与混凝土细观力学参数反演

第10章 混凝土动态力学特性的细观离散元数值模拟

第11章 混凝土冲击劈拉试验与细观离散元数值仿真

第12章 混凝土冲击压缩试验与细观离散元数值仿真 2100433B

《基于细观力学的混凝土类材料破损分析》介绍了当前国内外研究混凝土材料从细观到宏观层次力学行为的最新成就，总结了作者近些年来在岩石、混凝土类准脆性材料破损行为分析方面的研究成果，并以试验与数值仿真相结合，研究其在静态、动态荷载作用下变形、损伤和非线性断裂的宏观规律，为研究岩石、混凝土类非均质准脆性材料破裂机制奠定基础。主要内容包括：（1）混凝土细观力学模型，包括有限元法、离散元法等；（2）混凝土力学参数非均质随机分布模型；（3）混凝土细观力学性能试验研究与数值模拟，包括三相介质力学性能试验、四点弯梁静态试验、冲击劈拉试验、冲击压缩试验等；（4）多尺度均匀化理论；（5）混凝土等效概率模型。