混凝土及巖石彈塑性損傷細觀破壞研究.pdf

1、混凝土及巖石破壞機制和損傷-滲流耦合的研究是解決并進而控制重大工程災害的基礎，這就要求我們從細觀到宏觀尺度上認知混凝土及巖石破壞規(guī)律。雖然眾多學者利用不同的方法與理論對其進行了深入地研究，但由于混凝土及巖石破壞機制的復雜性，如何將混凝土及巖石內(nèi)部賦存的裂紋或缺陷的演化、相互作用與宏觀變形和失效聯(lián)系起來以及清晰模擬裂紋擴展破壞仍是亟待解決的課題。 本文針對這兩個課題，基于彈塑性損傷理論和細觀力學理論，提出了單元消去法模擬裂紋擴展和

2、混凝土四相復合材料模型，研究混凝土及巖石破壞問題和損傷．滲流耦合破壞機理。論文的主要工作與研究成果歸納如下： 1、較為系統(tǒng)地總結(jié)了混凝土及巖石細觀力學模型的研究進展和現(xiàn)狀，包括骨料投放、數(shù)值方法和所使用本構(gòu)方程等問題；闡述了應力．滲流耦合模型的研究現(xiàn)狀；指出了當前的研究不足和趨勢。在此基礎上，提出了本文的主要研究內(nèi)容。 2、介紹了細觀損傷力學的基本概念和幾種計算夾雜復合材料等效模量的方法，推導并提出一種新的計算混凝土等效

3、模量的計算方法，做了該方法與數(shù)值模擬結(jié)果的誤差分析，證明了該方法計算混凝土等效模量的合理性。 3、從應變空間出發(fā)，導出混凝土及巖石彈塑性損傷增量形式本構(gòu)方程；結(jié)合熱力學定律導出該本構(gòu)方程，保證了推導的正確性；建立了彈塑性損傷本構(gòu)方程的有限元格式，為后文的數(shù)值計算奠定了基礎。 4、在混凝土視為骨料、砂漿和界面組成的三相復合材料的基礎上，提出隨機微缺陷方程，將隨機點缺陷，線缺陷和面缺陷等原始缺陷看作—相材料反映在混凝土數(shù)值模

4、型中，建立了混凝土四相復合材料數(shù)值模型；提出單元消去技術，清晰模擬了裂紋擴展的整個過程；研究了二維及三維混凝土、巖石彈塑性損傷細觀破壞問題，并與有關文獻的試驗結(jié)果做了對比分析，證明了本文所建細觀力學模型的正確性。 5、利用高性能計算平臺，實現(xiàn)了細觀尺度下三維混凝土及巖石彈塑性損傷破壞并行計算，加速效率分析表明：隨著處理器個數(shù)增加，加速比隨之提高；該并行算法的實現(xiàn)為在實際水利工程中推廣奠定了良好基礎?；诩氂^力學理論和隨機夾雜理論