混凝土及巖石彈塑性損傷細觀破壞研究

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1、河海大學博士學位論文混凝土及巖石彈塑性損傷細觀破壞研究姓名：趙吉坤申請學位級別：博士專業(yè)：工程力學指導教師：張子明20071201摘要混凝土及巖石破壞楓制和損傷．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

2、消去法模擬裂紋擴展和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：l、較為系統(tǒng)地總結了混凝土及巖石細觀力學模型的研究進展和現狀，包括骨料投放、數值方法和所使用本構方程等問題；闡述了應力．滲流耦合模型的研究現狀；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韻方法，推導并提出一種新的計算混凝土等效模量的計算方法，做了該方法與數值模擬結果的誤差分析，證明了該方法計算混凝土等效模量的合理性。3、從應變空

3、間出發(fā)，導出混凝土及巖石彈塑性損傷增量形式本構方程；結合熱力學定律導出該本構方程．保證了推導的正確性；建立了彈塑性損傷本構方程的有限元格式，為后文的數值計算奠定了基礎。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一相材料反映在混凝土數值模型中，建立了混凝土四相復合材料數值模型；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豚，并與有關文獻的試驗結果做了對比分析，證明了本文所建細觀力學模型的正確性。5、利用高性能計

4、算平臺，實現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：隨著處理器個數增加，加速比隨之提高；該并行算法的實現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推導雙軸拉伸彈塑性損傷本構方程，并與有關試驗結果比較證明了該本構方程的正確性。6、從細觀尺度出發(fā)，建立了混凝土及巖石彈塑性損傷．滲流耦合模型：對二維混凝土四相復合材料模型的損傷．滲流耦合破壞進行了研究；從唯象和細觀角度分別研究巖¨河海大學博士學位論文趙吉坤：混凝士及巖石彈塑性損傷細觀破壞研究石孔隙水壓作用下的耦合破裂機理；對比研究了二維及三

5、維巖石水壓致裂過程的細觀損傷．滲流耦合問題，驗證了該模型的合理性。關鍵詞：混凝土四相復合材料模型、巖石模型、彈塑性損傷破壞、數值模擬、并行計算、損傷．滲流耦合111摘要Abstract11lcstudy011缸ll鵬mecI班d鋤s鋤ddamageseep嗲鍘耐iIlgproblemsofconc托teandrockisthebasistosolveandcontrolkey舶畫f均鰣I培disasmswhichneedtobeunderstandcomplady．AJthoughm田黟scholarshaveadop吲v面ous蜥蕩an

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