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在细观层次上,混凝土通常被认为是由砂浆、骨料和两者之间的界面过渡区组成的三相非均质复合材料。砂浆-骨料界面区一般孔隙率较大、密度较小而且强度较低,因此通常被认为是混凝土中的“薄弱环节”。混凝土中砂浆-骨料界面的力学性能,在荷载或环境因素作用下,对混凝土的破坏形态和宏观力学性能具有重要影响。另外,砂浆-骨料界面的本构关系模型也是进行混凝土结构细观力学分析的基本条件。因此在细观层次上对混凝土的断裂过程进行模拟时,需要通过试验确定这三相组成材料的力学性能,以此为基础进行混凝土的断裂过程模拟。根据混凝土的受力特点,本文在研究砂浆-花岗岩界面强度的影响因素时从细、宏观两个尺度进行了分析,对界面的力学性能进行了试验研究与数值模拟分析,主要包括以下几个方面的内容:(1)本文采用劈裂拉伸试验来研究不同直径(50 mm,75 mm,100 mm)、不同应变率(1.67×10-5 s-1,1.67×10-4 s-1,1.67×10-3 s-1)、不同花岗岩表面粗糙度(0.06 mm,0.223 mm,0.412 mm)、不同长径比(0.3,0.5,1)、不同砂浆强度(20 MPa,40 MPa)对界面劈裂拉伸强度的影响规律,由于考虑多种因素,因此采用正交设计方法对试验进行优化。发现在影响砂浆-花岗岩界面劈裂抗拉强度的众多因素中,影响程度从大到小依次是砂浆强度、试样长径比、花岗岩表面粗糙度、应变率、试样直径,而其中对界面劈裂拉伸强度影响最显著的是砂浆强度,其余因素虽然也会有影响,但是并不显著。并且,随着应变率的提高,裂纹的产生方式也由从内往外扩展变为从外往内贯穿。(2)本文采用准静态压剪试验来研究不同花岗岩表面粗糙度(0.06 mm,0.223 mm,0.412 mm)和不同倾角α(30°,40°,50°)对界面剪切强度的影响规律。发现在相同粗糙度条件下,随着花岗岩倾角α的增大,界面的静态平均剪切应力明显增大;在相同花岗岩倾角α条件下,随着粗糙度Ra增大,界面的剪切应力也逐渐增大;在同等花岗岩表面粗糙度条件下,凹槽的方向、深度、宽度等因素,都会对界面剪切应力产生一定的影响。基于试验数据,为砂浆-花岗岩试样的细观力学分析提供依据。(3)本文考虑不同花岗岩粗糙度(0.06 mm,0.223 mm,0.412 mm)、不同砂浆强度(20 MPa,40 MPa)和不同加载气压(0.4 MPa,0.5 MPa,0.6MPa)对动态黏结抗剪强度的影响,并与准静态压剪试验结果进行对比。发现在相同气压条件下,随着砂浆强度的增大,界面的动态平均剪切应力明显增大;在相同砂浆强度条件下,随着气压的增大,界面的动态平均剪切应力明显增大;并且界面的动态平均剪切应力具有明显的应变率效应。(4)本文采用单骨料模型来分析在准静态和动态直接拉伸情况下砂浆、ITZ和骨料参数对混凝土试样力学性能的影响。发现ITZ和整体试件强度几乎是由准静态拉伸载荷下整体试件中的ITZ性能所控制。在动态直接拉伸荷载下,砂浆的特性直接影响着ITZ和整体试件的动态性能。此外,研究结果还表明,ITZ的强度、弹性模量、DIF值及其厚度同样也是影响因素,而泊松比和ITZ密度则对ITZ和整体试件的动态拉伸强度影响甚微。骨料粒径对达到ITZ应力峰值的时间具有影响,而荷载率仅仅影响到在冲击荷载条件下ITZ达到应力峰值的时间。混凝土及其组成材料的不均匀性是影响动态拉伸强度随着荷载率提升而增加的一大固有因素。