全级配混凝土是重力坝、拱坝等大体积水工建筑物的核心建筑材料，其力学性能直接影响建筑物的稳定与安全。全级配混凝土由于试件尺寸较大，因此物理试验的难度较大、设备要求较高。设计中，一般采用湿筛二级配小试件的试验结果来推测全级配混凝土大试件的力学性能，但是两者之间存在较大差异，即存在显著的“尺度效应”。本项目采用统计分析、物理试验与数值模拟相结合的方式，针对全级配混凝土的力学性能、尺度效应的影响程度及影响因素等问题开展研究。共搜集了11个工程共209组试验数据，采用统计方法对试验结果进行了分析，研究了全级配混凝土与湿筛二级配混凝土的单轴抗拉强度比值、单轴抗压强度比值、劈裂抗拉强度比值（以下均简称为抗拉强度比值、抗压强度比值、劈拉强度比值）的分布规律及参考取值，对比了圆柱体试件与立方体试件对抗压强度比值的影响，改进了抗压强度比值随龄期变化的经验公式。提出了裂缝扩展释放算法，据此建立了混凝土细观数值模拟方法，并论证了方法的可行性。采用该数值模拟方法，研究了龄期对全级配混凝土抗拉性能的影响，构建了抗拉强度、弹性模量随龄期变化的函数公式。采用该数值模拟方法，进一步对比了全级配混凝土与湿筛二级配混凝土的抗拉性能以及裂缝扩展过程，构建了抗拉强度比值、弹性模量比值随龄期变化的函数公式，通过数值结果与统计结果的对比，发现规律基本一致。 2100433B

本项目以大型水利水电工程中广泛采用的全级配混凝土的力学特性为研究对象，采用理论分析、物理试验与数值模拟相结合的方式，研究其变形破损机理及尺度效应。首先对混凝土中砂浆、骨料及界面进行离散，以断裂力学作为裂纹扩展判据，并通过物理试验的参数标定及验证，基于复合单元法建立细观尺度下的混凝土破损三维数值分析模型。通过对一系列大尺度全级配混凝土试件的变形破裂过程进行细观分析，揭示拉、压、劈裂荷载下全级配混凝土的变形破损机理，研究骨料粒径、骨料密度与混凝土宏观力学参数（弹模、泊松比、强度）之间的相关关系。基于物理试验以及大量数值试验的结果，采用人工智能方法，建立试件尺度与宏观力学参数之间的定量联系。研究成果为推测全级配混凝土的力学性能提供一条有效且经济的途径，并为量化评价水工混凝土结构的服役性能提供依据和方法，具有广阔的应用前景。

以铁路及公路大断面黄土隧道为依托工程，在近年来承担的相关研究项目及已有大量现场试验数据的基础上，采用理论分析、数值模拟、离心试验、室内模型试验等综合方法，开展大断面黄土隧道施工时空效应分析及支护结构作用机理研究。主要内容：研究大断面黄土隧道变形特性、施工过程的时空效应及支护结构力学行为的变化规律，并提出施工过程沉降控制标准；研究浅埋、深埋大断面黄土隧道锚杆的力学性能及其作用效果，提出大断面黄土隧道取消系统锚杆的可行性；研究黄土隧道钢架 喷混凝土的承载力随时间变化规律，型钢钢架与格栅钢架的性能及适用性，以及相应的支护参数；在此基础上，研究提出隧道合理的支护形式及支护参数。研究成果为黄土隧道的设计提供理论基础，为施工中的变形控制提供理论依据和方法。

近年来我国高速铁路及公路工程中修建了大量大断面黄土隧道，揭示大断面黄土隧道变形特征及初支与围岩作用机理，从而采取合理的支护措施和施工方法是目前极需解决的问题。项目以多座铁路及公路大断面黄土隧道为依托，采用理论分析、数值模拟、离心试验等综合方法，开展了大断面黄土隧道施工时空效应分析及支护结构作用机理研究，主要研究内容如下：（1）大断面黄土隧道变形特性；（2）大断面黄土隧道施工过程时空效应分析；（3）大断面黄土隧道系统锚杆作用机理及效果研究；（4）大断面黄土隧道格栅钢架作用机理及适应性研究。 项目收集了大量大断面黄土隧道变形数据，明确了其变形规律，建立大断面黄土隧道施工过程数值模拟计算模型，结合现场监测变形数据，分析了施工过程时空效应。建立了大断面黄土隧道锚杆作用数值计算模型和离心试验模型，阐明了锚杆作用机理，通过大断面黄土隧道有、无系统锚杆现场试验，明确提出大断面黄土隧道应取消系统锚杆。建立了黄土隧道围岩特征曲线和支护特征曲线力学计算模型，分析了格栅拱架 喷射混凝土、型钢拱架 喷射混凝土与围岩作用机理，通过现场对比试验，分析了格栅拱架适应性，提出大断面黄土隧道应采用格栅拱架支护，建立了大断面黄土隧道施工及变形控制体系。研究成果在郑西高速铁路，宝兰客专、武西高速等工程了开展了试验应用，为我国大断面黄土隧道顺利修建提供了重要理论基础和工程借鉴。 项目发表论文7篇，其中EI论文6篇，申请发明专利3项；培养博士生2名，硕士生4名，参加国际学术会议3次，国内学术会议3次；研究成果获得省部级二等奖1次，国家科技进步二等奖1次。 2100433B