混凝土及巖土材料破壞過程的彈塑性各向異性損傷數(shù)值模型及其應(yīng)用.pdf

1、混凝土及巖土材料的破壞過程,是一個極其復(fù)雜而又極具誘惑和極富挑戰(zhàn)的研究課題,是力學、材料和工程等學科的研究熱點和難點之一.研究混凝土及巖土材料的破壞過程,對實現(xiàn)從傳統(tǒng)的狀態(tài)(強度)設(shè)計理念向現(xiàn)代的過程設(shè)計理念轉(zhuǎn)變,揭示混凝土及巖土材料破壞過程的非線性力學行為本質(zhì)及其破壞機理,提高巖土工程設(shè)計水平,評價地下工程安全性能,合理進行地基、邊坡工程維修和加固等,均具有重要的理論意義和工程實用價值.試驗作為研究混凝土及巖土材料破壞過程最為直接的手

2、段,為促進其破壞過程的研究發(fā)展起了決定性作用.然而,由于受人力、物力和財力等制約,材料的破壞過程試驗往往受到限制.理論解析通過對材料進行簡化,運用力學和隨機分析等研究方法,對其破壞過程的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系進行解析,為研究材料的破壞過程提供了重要途徑.然而,限于目前數(shù)學、力學等的發(fā)展水平,解析方法還難以解析材料內(nèi)部微破裂之間的相互作用問題.數(shù)值試驗為研究混凝土及巖土材料的破壞過程提供了重要手段.基于材料的細觀結(jié)構(gòu)特征和細觀單元的本構(gòu)關(guān)系,將隨

3、機分布理論和計算力學相結(jié)合,可實現(xiàn)混凝土及巖土材料漸進性破壞的全過程分析.細觀測試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,為獲取材料的細觀結(jié)構(gòu)特征提供了實驗手段.對自然界中眾多不確定性量的進一步理解,使隨機分布理論在材料的破壞過程研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.細觀損傷力學由于對材料的"損傷"賦予了真實的幾何形象和具有力學意義的損傷演化方程,為研究材料的破壞過程提供了力學理論基礎(chǔ).計算機硬件及計算力學的飛速發(fā)展,為從細觀結(jié)構(gòu)層次研究材料的破壞過程提供了數(shù)值計算工具.

4、為此,本文首先從混凝土材料的細觀結(jié)構(gòu)特征出發(fā),提出了細觀單元的彈塑性各向異性損傷本構(gòu),并假定混凝土為砂漿基質(zhì)和骨料組成的二相復(fù)合材料,采用Weibull隨機分布理論引入材料的非均勻性,建立了混凝土材料破壞過程的數(shù)值試驗?zāi)Ｐ?其次,采用Bathe提出的接觸問題約束函數(shù)法處理試件與加載板之間的相互作用,以反映試驗時加載邊界條件的差異,如試件的端部約束,并運用建立的混凝土材料破壞過程數(shù)值試驗?zāi)Ｐ?對拉伸、壓縮和剪切載荷作用下混凝土的破壞過程進