基于离散元法的混凝土三轴压缩破坏试验数值模拟

耿纪莹， 卜建清， 高 焱

（1．石家庄铁道大学 土木工程学院，河北 石家庄 050043；2．西南交通大学 土木分院，四川 成都 610031）

0 引言

混凝土因其良好的性能而被广泛应用于土木工程领域，它是一种非均质多相复合材料，破坏过程具有非常复杂的应力应变关系。为了研究混凝土试件破坏的全过程，许多学者通常将混凝土视为由粗骨料、砂浆基质以及两者之间的粘结面组成的三相复合材料。国内类似工作主要有马怀发等［1］利用有限元法进行了混凝土试件单轴受压细观结构数值模拟；周维恒等［2］研究了混凝土试件微裂缝起裂、扩展、相互贯通的全过程，并由此提出了混凝土材料的断裂准则；肖辉等［3］进行了混凝土单轴压缩破坏试验的二维离散元数值模拟。实际上，混凝土骨料分布和静荷载作用下的裂纹发展都是三维的，若将混凝土试件破坏过程看成是二维平面问题，则无法真实地模拟混凝土试件复杂的应力应变关系。本文采用颗粒流软件PFC3D，从细观层面分析了混凝土试件三轴压缩破坏试验中微裂纹产生—贯通—完全破坏的全过程。

1 颗粒流方法的基本思想

颗粒流程序（Particle Flow Code）基于离散单元法。离散单元法最早由Cundall［4］在1971年提出，刚开始适用于岩石力学，1979年Cundall与Strack又联合提出了适于土力学的离散单元法，并推出二维圆盘BALL程序和三维圆球TRUBAL程序，从而形成较系统的模型与方法。颗粒流方法的基本思想是将具有颗粒结构特性的介质看作由若干个独立运动、相互作用的颗粒单元组成，通过细观层次上颗粒的相互作用来模拟介质的宏观力学性能，这种方法的最大优势就是颗粒之间不需要满足变形协调方程，但是必须满足平稳方程。……