混凝土骨料隨機分布的分形研究及其對破壞特性的影響

任青文殷亞娟沈 雷

（1. 河海大學 力學與材料學院，江蘇 南京 210098；2. 河海大學 水利水電學院，江蘇 南京 210098）

1 研究背景

混凝土的應力-應變全曲線是其力學性能全面的宏觀反應，也是混凝土結構設計及數值仿真的基礎[1]。然而，由于混凝土是一種由水泥砂漿、骨料及其他各類摻和料組成的多相復合材料，即使是同一標號、同一級配的混凝土，相同的養護條件和齡期，最終得到的混凝土材料力學特性還是具有一定的離散性，尤其是其非彈性階段破壞特性的離散性更為明顯，其損傷破壞形態也呈現出很大的隨機性。這不利于混凝土性能的研究和損傷破壞的控制。因此，對混凝土強度及應力-應變曲線軟化段離散性以及最終損傷破壞形態的隨機性規律進行研究具有重要的科學和實用意義。

本質上，混凝土的宏觀力學性能與其細觀結構密切關聯，混凝土的宏觀破壞特性的離散性源于其內部組成的非均質性。因此，混凝土中骨料的含量、形狀、空間分布、初始缺陷等都是導致混凝土應力應變曲線離散、破壞形態隨機的原因。研究表明，同樣配比的混凝土試件，不同的骨料隨機分布，其線彈性力學特性相當一致，但反映其破壞特性的峰值強度和下降段曲線不同，裂紋形態各異[1]。Unger等[2]指出造成混凝土材料隨機非均勻性的最重要因素是骨料的空間分布形式。李杰等[3-4]構建了混凝土隨機損傷力學理論體系，給出了混凝土在單軸受壓時的應力-應變全曲線的均值與均方差。……