本书系统总结了作者近10年在混凝土断裂力学试验和数值模拟方面的研究成果，主要内容包括混凝土断裂力学基本理论、混凝土Ⅰ型断裂试验方法及裂缝观测技术、混凝土断裂行为的数值模拟方法、单调加载下混凝土的拉伸软化曲线及断裂特性尺寸效应，以及往复加载下混凝土的断裂能及断裂过程区演化等。

目前，钢筋混凝土结构在我国土木工程领域中占有极其重要的地位，广泛应用于大坝、桥梁、房建、铁路轨枕、海洋结构、核反应堆容器等大型结构中。这些结构在长期使用过程中，除承受静载作用外，还承受着复杂的动荷载或重复荷载作用，循环耗能机制会加速材料性能退化，导致材料内部出现微裂缝，进而引起构件的损伤和断裂，降低结构的承载力和耐久性。对这些结构的安全性及使用寿命进行评估，除了考虑混凝土材料的强度和刚度，还需考虑混凝土的断裂性能。要了解混凝土的断裂力学特性，研究混凝土裂缝萌生及扩展机理是关键。

众所周知，混凝土是由骨料、水泥浆体以及二者界面组成的三相复合材料。随着水泥浆体硬化干缩、骨料界面吸水以及水分蒸发散失等，一些分离面、微裂缝、空隙会相继出现，这些缺陷在外力作用下会发展、贯通，并最终形成宏观裂缝。受内部缺陷的影响，混凝土材料的力学特性具有高度复杂性，目前仍然存在许多未知科学和技术问题。其中，经典材料强度理论在一定程度上满足了工程实践的需要，却不能用来评估混凝土结构的承载全过程和裂缝发展情况，对其长期承载能力以及耐久性评估也爱莫能助。要弄清以上问题，必须对混凝土的裂缝扩展规律进行分析，探究混凝土受拉后的开裂和裂缝的稳定问题，研究混凝土结构的断裂行为，进而建立基于断裂力学的破坏准则和断裂性能评估依据。

前期研究表明，由于断裂过程区的存在，混凝土中裂缝尖端表现出一定的钝化效应。为了描述混凝土的断裂过程，从本质上研究混凝土的非线性断裂行为，必须采用考虑了断裂过程区钝化机制的断裂力学模型。为了探究混凝土的断裂过程区特性，需要对材料中裂缝的演化机理进行分析，因此对实际裂缝发展进行直接观测至关重要，而传统测量方法如位移计和应变片多存在局限性。随着试验手段和计算机技术的发展，先进的测量方法如超声波法、电子散斑干涉技术、数字图像相关技术以及新近发展起来的计算机断层扫描技术等，可用来观测混凝土中的裂缝扩展特性，为混凝土断裂力学的发展创造了有利条件。

本书在介绍现有经典断裂力学理论和混凝土断裂力学模型的基础上，整理总结了作者近10 年对混凝土断裂力学特性的研究成果。成果包含试验研究和数值模拟两个部分：试验研究主要是基于单边切口梁的三点弯曲试验，采用电子散斑干涉技术和数字图像相关技术对梁的表面位移场进行测量，进而分析混凝土的裂缝扩展特性；关于数值模拟，在利用现有成熟的有限元软件方面，主要是利用ABAQUS 软件自带的CZM、VCCT 和XFEM 模型模拟混凝土试件的断裂行为；在自主编程方面，主要利用FORTRAN 语言编写代码，通过将黏聚裂缝模型引入常规有限元模型，来模拟混凝土梁的非线性断裂行为，并结合试验结果，通过逆分析方法逐点构建混凝土的黏聚应力关系。此外，对混凝土断裂特性的尺寸效应和往复加载下的断裂力学特性进行一定的探索。

本书的主要特色有两个：一是采用电子散斑干涉技术对混凝土的裂缝扩展规律进行直接观测，对混凝土的断裂过程区演化进行分析，积累了丰富的试验数据，可为分析混凝土断裂特性提供数据支撑。电子散斑干涉技术测量精度高，但由于设备昂贵且对实验室条件要求较高，该技术目前在国内应用较少，相关研究成果鲜有报道。因此，本书详细介绍了电子散斑干涉技术的测量原理、误差分析，以及采用电子散斑干涉技术测得的试验结果。二是在对混凝土黏聚裂缝模型本构关系的研究中，作者团队首创的增量位移配合法可以减少传统逆分析过程中的不适定问题，提高逆分析解的唯一性，得到准确的混凝土黏聚应力关系，可为后期数值模拟提供科学依据。

试件表面的位移场（单位：μm）

三点弯曲梁示意图及跨中测量区域的全场位移云图

在不同加载水平下的裂缝演化

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