为 了解决混凝土 细观数值模拟 中单元数量过 多、计算效率不 高的 问题 ，提 出了层舍界 面单元 的概念 。在 交叠骨料微 步长迭代 自动调整算 法的基础 上 ，采 用任 意凹凸型骨料 随机 配置模 型 ，生成 了混凝土 细观数 值试 件 。通过对 主要 影响 因素进行组合分析 ，建立 了层合界 面单元模 型。同时 ，分析 了界 面单元 中不 同材料 组分 比例及界 面厚度对该单元 力学性质 的影 响 ，进 而研 究了界 面单元 对混凝 土试 件宏观表 征强度 的影响 ，并用数 值 算例 验证 了模型的有效性 。数值 算例表 明 ，所建 立的层合界 面模型较为合理地模拟 了混凝 土界 面过 渡区对 试件 力学性 能的影响 ，揭 示 了界 面强度 变化对混凝 土试件 强度的影响规律 。 关 键 词 ：随机 骨料模 型 ；细观数值模拟 ；层合界 面单元 ；混凝 土 中图法分类号 ：TV431 文献标志码 ：A DOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．05．017 混 凝土 是一 种力 学 性质 十分 复杂 的 ，非均 匀 、各 向 异性材料 。在宏观上 ，为了简化其力学性质 ，将其视为 均质各 向同性材料 ，从而进行 了压缩 、拉伸和弯曲等力 学 性能 试验 。这种 方法 需要 耗 费大量 的人 力 、物力 ，并 且 易受 到试 验条 件 、环 境 条 件 等 的 变 化 及材 料 本 身 复 杂 性 的影 响 ，试 验结 果 是相 对离 散 的 ，难 以准 确反 映混 凝 土 的真实 力 学性 能指 标 。在 细观 上 ，混 凝 土是 由水 泥 砂浆 基质 、骨 料及 两 者 之 间 的结 合 界 面 组成 的三 相 复 合 材料 ，具 有 很 强 的 随 机 性 和不 均 匀 性 … 。为 此 ， 可 通过 细 观数 值模 拟方 法更 清楚 地认 识混 凝 土 的损伤 断 裂 过程 。但 是 ，由于细 观 模 拟 时 单 元 需 要 划 分 的 尺 寸 较 小 ，导致 单元 数 目多 ，计 算 量 大 ，特 别 是 将 界 面 看 作 一种 独 立介 质进 行 划 分 后 ，将 导 致 剖 分 的 单元 数 目 大 量增 加 ，从 而难 以解 决 实际工 程 中 的三维 模拟 问题 。 为解决 以上 问题 ，本 文 建 立 了一 个 混 凝 土 的 随 机 骨 料 二维 数值 模 型 。通 过 模 拟 水 泥砂 浆基 质 、骨料 及 两 者 之 间的结 合 界 面反 映 混 凝 土 试 件 的 力 学性 能 ，模 拟 的 目的是研 究混 凝 土界 面强 度对 混凝 土试 件静 力 学 性 能 的影 响 。 1 细观数值模型 的建 立 1．1 随机骨料模型描述 随机 骨 料 的数 值 模 拟 主要 有 两 种 建模 方 式 ：第 一 种 是混 凝 土骨料 集 合 填 充 法 ，即 首 先按 混 凝 土 的级 配 曲线 和指 定 的混 凝 土 填 充 率 生成 骨料 颗 粒 的 集 合 ， 再从 大 到小互 不交 叠 地逐个 填 充到 混凝 土试件 的轮 廓 线 内 ；第 二种 是混 凝土 基 网格延 凸法 ，这种 方法 将试 件 轮 廓首 先进 行规 格化 基 网格 的划分 ，然后 将 混 凝 土 的 局 部 网格 进 行组合 ，生 成骨 料颗 粒 。 经 典 的数值 骨料 颗 粒 生 成 技术 存 在 以下 问 题 ：对 于 简单 的凸 型多边 形 或 多 面体 模 拟 比较 多 ’ ，而对 控 制形 状 的统计 学参 量 研 究 较 少 ；具 有 复 杂形 状 的骨 料 颗粒 会使 填充 过程 变 得 很 复 杂 ，若 完 全依 赖 无 控 的 随 机数 方法 ，成 功率 比较低 。针 对前 者 ，为 了解 决 统计 学 参量 研究 较 少 的 问题 ，本 文采 用 了文 献 [2]中 的任 意 凹 凸型骨 料配 置算 法 。这种 算法 可 以使骨 料 的主要 统计 学 控制 量 达 到 5个 (如 体 积 、面 总 数 、粒 径 、凹 凸 面 比例 、长细比等控制量 )，从而可以结合混凝土配合

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