| 建立复杂应力状态下准脆性材料强度准则是进行工程结构安全性、技术合理性和经济性评价的基础。然而，由于准脆性材料破坏机理的复杂性，导致准脆性材料强度准则的发展一直呈现出“百花齐放，百家争鸣”的现象。事实上，准脆性材料各种破坏机理只是能量释放和耗散的不同方式。因此，本文基于能量平衡原理，结合大量已有宏微观试验现象和数据，对复杂应力状态下准脆性材料破坏进行深入系统的研究，得到如下主要结论： 1. 针对复杂应力状态下准脆性材料破坏，对其中涉及的能量输入、储存、耗散和释放进行分析得出，能量输入为弹性应变能密度和试件体积乘积；能量存储为材料极限弹性应变能密度和试件能量储存部分体积的乘积；能量耗散和释放为原生裂纹和翼型裂纹两部分之和。原生裂纹部分能量耗散和释放有两种不同的表达方式，一种是驱动能量耗散和释放的局部剪切应变能形式，另一种是和正应力应变能和材料本身内聚能相加的形式。翼型裂纹部分的能量耗散和释放是和最大主应力应变能和材料本身内聚能相加的形式。基于能量平衡原理和上述表达式建立剪应力和正应力形式的能量平衡强度准则。 2. 两种能量平衡强度准则不仅能揭示第二主应力和π平面应力角对准脆性材料强度影响的机理，而且能体现准脆性材料单轴拉伸和压缩强度的尺寸效应。第二主应力做功输入的能量只有在应力应变曲线最高点之前进行耗散和释放，才能影响准脆性材料强度，否则第二主应力对准脆性材料强度的影响就不能得到体现。准脆性材料必须形成局部方向性的破坏面，π平面应力角才能通过影响能量耗散和释放，进而影响准脆性材料强度。准脆性材料单轴拉伸和压缩强度尺寸效应来源于不同尺寸试件中能量耗散和释放部分体积和试件体积比值不同。 3. 通过对两种能量平衡强度准则中材料参数的研究表明，两种能量平衡强度准则可以简化为Mogi、Hsieh-Ting-Chen、Pisarenko-Lebedev强度准则以及谢和平等提出的能量强度准则，这意味着两种能量平衡强度准则可以揭示这些强度准则中隐含的能量平衡原理；同时两种能量平衡强度准则中控制能量耗散和释放的表达式能体现准脆性材料从拉伸破坏转化到剪切破坏的完整过程；并且尽管两种能量平衡强度准则中原生裂纹部分能量耗散和释放表达式不同，但是这两种表达式作用一致。 4. 两种能量平衡强度准则不仅能预测复杂应力状态下岩石强度，而且能预测复杂应力状态下混凝土在不同冻融循环和温度前后的强度。对比两种能量平衡强度准则和其它混凝土强度准则预测结果发现，Willam-Warnke强度准则预测复杂应力状态下混凝土在不同冻融循环后强度的整体平均误差最小（5.39%），接下来依次是剪应力和正应力形式的能量平衡强度准则（5.85%，6.76%）；剪应力形式的能量平衡强度准则预测复杂应力状态下混凝土在不同温度后强度的整体平均误差最小（3.66%），接下来依次是正应力形式的能量平衡强度准则（4.13%）和Willam-Warnke强度准则（4.53%）。同时也发现He-Song和Songs强度准则定义的π平面函数不能准确描述混凝土在π 平面的破坏规律，整体平均误差都在10%以上。 |
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