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岩石、混凝土等准脆性材料的结构及其细观组分的力学性质决定了材料的力学特性及破裂机制,因此在数值模型中尽可能准确的考虑材料真实的细观结构已成为数值计算和数值模拟发展的一种趋势,研究材料结构的数字化重建方法并与数值计算方法结合,对深入认识这类材料的力学特性和破裂机制具有重要理论意义和实际应用价值。本文以混凝土为研究对象,借助先进的CT扫描技术获取材料内部结构切片图像,并针对CT图像特点研发了基于CT图像的材料结构识别与表征方法,在此基础上,提出了两种三维材料结构模型的构建方法,并输入到数值计算方法FLAC3D和RFPA3D相结合进行了初步应用,为岩石、混凝土及其它复合材料力学性能和破坏机理的研究提供了一种新的手段和思路。主要展开了如下工作：(1)分析了CT切片图像特点,提出了环状分区化与阈值自动识别的CT图像分割方法,能够准确识别表征混凝土内部骨料和砂浆等细观介质,实现了混凝土三相材料结构的数值表征；(2)借助于位图矢量化理论,以分层切片为骨架,研发了三维实体化的材料结构模型的重建方法；以像素为基本单元,通过切片信息叠加,研发了三维网格化的材料结构模型重建方法,开发了相应CT图像处理程序,并讨论了两种方法的优缺点；(3)利用研发的方法建立了混凝土的三维实体化材料结构模型,并将该材料结构模型与商业软件FLAC3D相结合,应用弹塑性理论模拟了混凝土在单轴受压条件下力学演化特征；(4)建立了三维网络化材料结构模型和RFPA3D之间的数据接口,将混凝土三维网格化材料结构模型输入到RFPA3D中,建立了能反映骨料真实分布的数值模型,模拟了混凝土单轴压缩实验；通过数值试验与物理实验结果对比发现,考虑混凝土骨料真实分布的数值试验结果与物理实验具有一定可比性,数值试验结果从得到的力学参数和破裂模式方面接近于物理实验结果,并进一步模拟了界面对混凝土力学行为的影响,为深入研究混凝土、岩石、复合材料等力学特征提供了一种可行的研究思路。