混凝土作为一种建筑材料在国防和土木工程中得到了广泛的应用，研究混凝土在强动载荷下（如高速侵彻或爆炸）的响应和破坏问题对武器、防护结构的设计和评估具有重要意义。本项目拟建立混凝土新的3D细观力学模型和构建一个不仅考虑各种因素的影响而且方便计算应用的混凝土动态本构模型来研究混凝土在冲击载荷下的响应和破坏。主要研究内容如下：（1）利用基骨料向外随机延拓的方法生成骨料形状不同的3D两相混凝土细观力学模型；（2）在两相模型的基础上利用单元重构的方法在骨料和基体之间创建ITZ层单元获得3D三相混凝土细观力学模型；（3）建立考虑各种因素的混凝土本构模型；（4）利用新建的细观力学模型和本构关系研究混凝土抗侵彻和抗爆炸能力以及破坏形貌；（5）通过实验验证细观力学模型和本构模型的正确性。

混凝土作为一种建筑材料在国防和土木工程中得到了广泛的应用，研究混凝土在强动载荷下（如冲击或爆炸）的响应和破坏问题对武器、防护结构的设计和评估具有重要意义。本项目建立了混凝土新的3D细观力学模型并构建了考虑各种因素的影响的混凝土动态计算本构模型来研究混凝土在强动载荷下的响应和破坏。主要创新性研究成果如下：(1) 建立了混凝土新的3D细观力学模型。其中骨料分为球形骨料或不规则(凸多面体)骨料，利用单元重构技术和3D壳单元构建界面过渡区（ITZ层）；(2) 构建了混凝土动态计算本构模型。该模型主要包括孔隙状态方程和强度面，考虑了压力相关性、剪切和拉伸损伤、Lode角效应、应变率效应和自由水效应等主要因素；(3) 利用研发的混凝土新的3D细观力学模型和开发的混凝土动态计算本构模型数值模拟了相关混凝土结构冲击实验。结果表明：数值模拟得到的结果和实验观察吻合得较好。(4) 首次设计并进行了钢筋混凝土结构的尺度效应抗爆实验。试件选择梁、板、柱三种，每种三个尺寸，严格按照1:2:3的尺度比例（包括结构、骨料和钢筋尺寸）进行缩放设计。并利用所开发的混凝土动态计算本构模型数值模拟了对应混凝土爆炸实验。实验结果表明：在实验参数范围内，钢筋混凝土结构在爆炸载荷作用下的响应和破坏有一定的尺度效应，大尺寸试件破坏较小尺寸严重；数值模拟结果表明：利用所开发的混凝土动态计算本构模型模拟所得的结果与实验观察吻合得很好，且能预测钢筋混凝土结构在爆炸载荷作用下所观察到的尺度效应，从而进一步验证了模型的准确性。 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。

近年我国超高坝建设发展较快，对在髙应力下粗粒土力学和坝工特性的研究引起较多学者的关注。本项目拟采用自主研发的试验装置及可视化细观测试分析系统，利用多种试验手段和数值模拟，从细观层面入手、细宏观相结合来研究在髙应力作用下粗粒土细观力学及坝工特性：(1)通过粒间接触和流变试验，建立髙应力下粒间接触模型和流变模型，结合离散元数值模拟揭示粒间接触细宏观力学之间的联系；(2)通过可视大型直剪试验，揭示粗粒土的颗粒破碎演化规律和细观力学机理；(3)通过可视离心机试验，验证粒间接触模型和流变模型，揭示接近实际应力场条件下粗粒土破坏的细观力学机理及与宏观力学响应之间的内在联系；(4)结合实际工程，采用离散-连续混合数值方法，分析超高土石坝结构薄弱环节的细观演化规律，从细观角度揭示超高土石坝破坏过程的力学机理。本研究可为髙应力下粗粒土的深入研究提供细观力学基础，为超高土石坝工程性能的分析和评价提供理论依据。