考虑初始缺陷的水泥基复合材料细观开裂研究

为了研究微观初始缺陷对水泥稳定碎石基层材料(CTB)细观开裂的影响,基于离散元法(DEM)和随机算法构建了细观非均质随机骨料数值模型,结合参数反演确定了模型细观参数,并引入裂隙网络(DFN)来表征水泥砂浆内部的微观初始缺陷。通过虚拟半圆弯曲(SCB)试验模拟了细观开裂过程,比较分析了数值模拟结果和试验结果,并进一步研究了裂隙密度和宽度对结构细观开裂的影响。结果表明:细观断裂模型的数值模拟结果和试验结果基本吻合,模型能较好地表征细观随机开裂行为;材料的宏观开裂是由于细观损伤的累积导致,宏观裂纹的产生经历了平稳扩展和快速贯通的过程;张力是裂纹演化的驱动力,裂纹通常沿着砂浆与骨料的界面薄弱区进行扩展;微观缺陷显著影响水泥基材料的力学性能和断裂行为,初始裂隙通过诱导微裂纹的扩展与贯穿,降低结构整体强度,但是在一定程度上增大了结构的容许形变,其中20～40m·m-2的裂隙密度和0.3～0.45mm的裂隙宽度对材料强度影响最为显著,施工过程中合理控制裂隙密度和宽度对于提高材料抗裂能力有益。所构建的细观模型可以很好地捕捉微裂纹的扩展和贯穿过程,能够实现对细观断裂的精确模拟,为探索水泥基复合材料的破坏...