混凝土及巖石彈塑性損傷細(xì)觀破壞研究.pdf

1、混凝土及巖石破壞機(jī)制和損傷-滲流耦合的研究是解決并進(jìn)而控制重大工程災(zāi)害的基礎(chǔ)，這就要求我們從細(xì)觀到宏觀尺度上認(rèn)知混凝土及巖石破壞規(guī)律。雖然眾多學(xué)者利用不同的方法與理論對其進(jìn)行了深入地研究，但由于混凝土及巖石破壞機(jī)制的復(fù)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(kuò)展破壞仍是亟待解決的課題。 本文針對這兩個(gè)課題，基于彈塑性損傷理論和細(xì)觀力學(xué)理論，提出了單元消去法模擬裂紋擴(kuò)展和

2、混凝土四相復(fù)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(jī)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(xì)觀力學(xué)模型的研究進(jìn)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(yīng)力．滲流耦合模型的研究現(xiàn)狀；指出了當(dāng)前的研究不足和趨勢。在此基礎(chǔ)上，提出了本文的主要研究內(nèi)容。 2、介紹了細(xì)觀損傷力學(xué)的基本概念和幾種計(jì)算夾雜復(fù)合材料等效模量的方法，推導(dǎo)并提出一種新的計(jì)算混凝土等效

3、模量的計(jì)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(jì)算混凝土等效模量的合理性。 3、從應(yīng)變空間出發(fā)，導(dǎo)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(xué)定律導(dǎo)出該本構(gòu)方程，保證了推導(dǎo)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(jì)算奠定了基礎(chǔ)。 4、在混凝土視為骨料、砂漿和界面組成的三相復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，提出隨機(jī)微缺陷方程，將隨機(jī)點(diǎn)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(fù)合材料數(shù)值模型；提出單元消去技術(shù)，清晰模擬了裂紋擴(kuò)展的整個(gè)過程；研究了二維及三維混凝土、巖石彈塑性損傷細(xì)觀破壞問題，并與有關(guān)文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果做了對比分析，證明了本文所建細(xì)觀力學(xué)模型的正確性。 5、利用高性能計(jì)算平臺，實(shí)現(xiàn)了細(xì)觀尺度下三維混凝土及巖石彈塑性損傷破壞并行計(jì)算，加速效率分析表明：隨著處理器個(gè)數(shù)增加，加速比隨之提高；該并行算法的實(shí)現(xiàn)為在實(shí)際水利工程中推廣奠定了良好基礎(chǔ)?；诩?xì)觀力學(xué)理論和隨機(jī)夾雜理論