车辙是沥青路面主要的病害形式之一。国内外道路工作者对沥青混合料抗永久变形性能方面的研究多局限在宏观上探讨沥青混合料在高温、荷载作用下的变形特性，本课题拟深入到沥青混合料内部，从沥青混合料的细观结构入手，研究集料与沥青的空间分布，以及此空间结构在高温荷载作用下发生了如何的变化，而导致了宏观上沥青混合料永久变形的产生与发展。本课题首先结合数码相机和CT断层扫技术再现沥青与集料的空间分布，建立基于二维几何特征的沥青混合料空间结构重构方法；继而采用离散元方法虚拟沥青混合料永久变形试验，并配合CT扫描研究荷载作用下沥青混合料空间结构的变形发展；最后，结合试验与数值计算结果，研究沥青混合料抗永久变形性能与其细观结构间的联系，从而更好的理解沥青混合料永久变形发生机理，为改善沥青混合料高温稳定性能，解决沥青路面车辙病害服务。

车辙是沥青路面主要病害之一，严重影响路面行车安全和舒适性。传统的连续均质的分析方法难以体现沥青混合料中集料的离散特性。沥青混合料作为多相复合材料，其力学特性与集料、沥青砂浆及空隙的体积含量、空间分布及细观结构息息相关。项目通过建立沥青混合料细观力学模型，虚拟永久变形试验，从细观结构层次分析沥青混合料的永久变形行为。 首先，考虑粗集料颗粒的不规则形状，编写三维不规则多面体形状集料的生成算法，生成各档粒径。利用X-ray CT扫描及数字图像处理技术，生成满足级配特征、考虑了粗集料不规则形状、尺寸与空隙满足一定分布状态的沥青混合料三维离散元数字试件，并与真实试件进行对比验证。 其次，分析沥青混合料内部各相组成材料之间的接触行为，建立了微观接触模型参数与宏观试验参数的关系，并通过室内试验确定了相应的微观参数。采用离散元软件PFC3D，建立了沥青混合料三维虚拟单轴静态蠕变试验和重复荷载蠕变试验方法，分析了虚拟试验结果的变异性，并通过室内试验进行了验证。提出了基于时温等效原理的三维单轴静态蠕变试验和重复荷载蠕变试验的计算效率优化方法，大幅减少三维离散元粘弹性模型的计算时间。在虚拟蠕变试验基础上分析了虚拟试件内部接触力和位移的分布变化及蠕变行为的影响因素。 再次，通过沥青混合料三维虚拟试件生成方法，生成了三维沥青混合料虚拟车辙试件，建立了虚拟车辙试验方法。在虚拟车辙试验基础上分析了车辙试验过程中沥青混合料内部接触力的分布及变化、位移分布、粗集料空间运动轨迹、粗集料转动情况及粗集料接触状态的变化，一定程度上从细观角度揭示了沥青混合料车辙形成机理。 最后，通过虚拟单轴蠕变试验和虚拟车辙试验方法，对集料的宏观特征（粗集料含量和集料分布特征）、集料的细观结构（棱角性、长轴取向及表面纹理）和空隙的细观结构（单个空隙的大小、空隙分布及空隙取向）对沥青混合料的高温永久变形性能的影响进行了分析，提出了提高沥青混合料高温稳定性的合理化建议。 2100433B

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。

组合结构桥梁钢混交界区非连续变形特征突出、局部受力复杂，抗剪连接件周围区域处于复合受力状态，长期作用下容易引起损伤开裂，抗剪连接性能设置合理与否直接关系到组合结构经济技术优势的发挥。将粘聚区模型应用于组合结构桥梁抗剪连接界面的破坏模拟，建立了拉剪复合条件下抗剪连接界面的粘聚软化本构方程；基于位移协调和力的平衡关系，建立了钢与混凝土间抗剪连接件的抗剪刚度计算公式和弹塑性阶段三折线模型，在宏观尺度上解决了考虑界面滑移的实际组合结构力学行为准确描述问题。基于组合梁基本假定，提出了考虑了界面滑移的组合梁静动力解析方法来分析整体效应，如动力系数方法DCM，克服了传统解析方法中常常碰到的数值稳定问题。采用增强有限元法，通过位移关联法则将结构物理区域与位移插值网格相独立，实现了对抗剪连接界面开裂破坏等过程的精细分析，建立了组合结构桥梁宏观特性与细观行为、整体性能与局部效应相关联的多尺度分析方法，为组合桥梁的精细化设计和性能改善提供理论基础。开展了组合结构连接件的推出试验，分析了焊钉连接件的荷载滑移曲线、抗剪强度、抗剪刚度、峰值滑移、混凝土破坏区域大小随焊钉高度和直径的变化规律，根据CT扫描结果对抗剪连接隐蔽区域的破坏特征进行了分析，验证了抗剪刚度公式的基本假定及其弹塑性模型。将组合结构部分抗剪效应分析方法应用于横向分块钢箱梁抗剪临时撑设计分析，解决了分块钢箱梁施工过程中的应力超标与变形不协调问题，并优化了临时撑的布置；基于增强有限元方法，准确计算了6×110 m连续钢箱梁桥在施工过程中的结构变形，实现了对钢箱梁大节段施工的精准控制；分析了5×85 m的组合连续梁桥在车辆活载作用下的挠度及钢梁与混凝土板之间界面滑移效应，对优化组合桥梁结构、提高组合桥梁耐久性具有现实意义。 2100433B