混凝土及巖土材料破壞過(guò)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(guò)程,是一個(gè)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(xué)、材料和工程等學(xué)科的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一.研究混凝土及巖土材料的破壞過(guò)程,對(duì)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的狀態(tài)(強(qiáng)度)設(shè)計(jì)理念向現(xiàn)代的過(guò)程設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變,揭示混凝土及巖土材料破壞過(guò)程的非線性力學(xué)行為本質(zhì)及其破壞機(jī)理,提高巖土工程設(shè)計(jì)水平,評(píng)價(jià)地下工程安全性能,合理進(jìn)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(shí)用價(jià)值.試驗(yàn)作為研究混凝土及巖土材料破壞過(guò)程最為直接的手

2、段,為促進(jìn)其破壞過(guò)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(cái)力等制約,材料的破壞過(guò)程試驗(yàn)往往受到限制.理論解析通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行簡(jiǎn)化,運(yùn)用力學(xué)和隨機(jī)分析等研究方法,對(duì)其破壞過(guò)程的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行解析,為研究材料的破壞過(guò)程提供了重要途徑.然而,限于目前數(shù)學(xué)、力學(xué)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(wèn)題.數(shù)值試驗(yàn)為研究混凝土及巖土材料的破壞過(guò)程提供了重要手段.基于材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征和細(xì)觀單元的本構(gòu)關(guān)系,將隨

3、機(jī)分布理論和計(jì)算力學(xué)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)混凝土及巖土材料漸進(jìn)性破壞的全過(guò)程分析.細(xì)觀測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,為獲取材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征提供了實(shí)驗(yàn)手段.對(duì)自然界中眾多不確定性量的進(jìn)一步理解,使隨機(jī)分布理論在材料的破壞過(guò)程研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.細(xì)觀損傷力學(xué)由于對(duì)材料的"損傷"賦予了真實(shí)的幾何形象和具有力學(xué)意義的損傷演化方程,為研究材料的破壞過(guò)程提供了力學(xué)理論基礎(chǔ).計(jì)算機(jī)硬件及計(jì)算力學(xué)的飛速發(fā)展,為從細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次研究材料的破壞過(guò)程提供了數(shù)值計(jì)算工具.

4、為此,本文首先從混凝土材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征出發(fā),提出了細(xì)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(jī)分布理論引入材料的非均勻性,建立了混凝土材料破壞過(guò)程的數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ?其次,采用Bathe提出的接觸問(wèn)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(yàn)時(shí)加載邊界條件的差異,如試件的端部約束,并運(yùn)用建立的混凝土材料破壞過(guò)程數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ?對(duì)拉伸、壓縮和剪切載荷作用下混凝土的破壞過(guò)程進(jìn)