本文从细观层次入手,把混凝土看作是由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,在对有限元软件Marc二次开发的基础上,对东江拱坝三级配混凝土单轴试件、三级配混凝土简支梁以及小湾三级配混凝土在静、动荷载作用下的力学性能和破坏过程进行了数值模拟,对试件细观损伤和宏观破坏之间的联系进行了初步探讨。 根据三级配混凝土骨料的实际配比及Walraven公式,计算出混凝土试件中各种粒径骨料的数目,根据蒙特卡罗方法随机确定骨料的空间位置,编制了有关Fortran程序,生成混凝土随机骨料模型。采用Advancing Front方法对随机骨料模型进行网格剖分,网格剖分严格按骨料、界面和砂浆分别进行。对东江拱坝试件在单轴荷载作用下数值模拟时,各相材料的力学参数取为定值,模拟结果表明界面是试件的薄弱环节,试件的微裂纹首先出现在界面单元上,然后向相邻砂浆单元扩张,微裂纹不断扩展、合并,最终导致试件破坏。对三级配混凝土简支梁进行数值模拟时,假定各相材料的抗拉强度和弹性模量服从Weibull、对数正态两种随机分布,其他力学参数取定值,生成和实际结构比较接近的随机骨料随机参数模型,数值模拟结果表明材料均质度较高的试件出现非线性行为的时间要明显滞后于均质度较低的试件;弹性模量分布的随机性对材料线弹性段力学性能的影响极小,而对非线性区域的影响较大;材料强度分布的随机性对混凝土的强度和损伤阈值有较大的影响。三级配混凝土动载数值模拟结果表明,在短时高速的冲击荷载作用下,试件的极限承载力提高,破坏时的位移降低;在没有初始静载的情况下,规范规定的把材料的抗拉强度和弹性模量提高1.3倍所得极限承载力相对较大。最后,对三级配混凝土简支梁三维数值模型进行研究,生成三维随机骨料随机参数模型。数值模拟时假定每个骨料周围界面单元的强度和弹性模量为定值,但不同骨料周围界面单元的强度和弹性模量服从Weibull分布。为了减少计算量,把小骨料和砂浆看作一种材料,用等效夹杂理论对其等效力学参数进行求解,基于Mori—Tanaka方法和二相串连法提出了研究等效力学参数的混合法。空间数值模拟结果和平面结果的比较表明本文的模拟方法是可行的,结果是合理的。