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水 利 学 报

2025 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 7 期

文章编号：0559-9350（2025）07-0920-13

考虑损伤效应的塑性混凝土本构模型构建及数值实现

赛冬拉·马学义 ，崔 溦 1，2 ，江志安 ，张宝增 3
3
1
（1. 天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津 300072；
2. 天津大学 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室，天津 300072；
3. 中国水电基础局有限公司 天津市地基与基础工程企业重点实验室，天津 301700）

摘要：塑性混凝土作为一种介于普通土与混凝土之间的特殊材料，其在峰值强度之前表现出硬化特性，破坏之后
的变形现象更为复杂，表现出受围压影响的应变软化特征。为描述塑性混凝土的力学特性，本研究在室内三轴试
验基础上，以微裂缝作为损伤基元，利用 Weibull 分布理论和 Lemaitre 应变等价原理构建塑性混凝土损伤演化方
程，并引入硬化土模型中，建立了考虑损伤效应的弹塑性本构模型，并通过 ABAQUS 及子程序对新模型进行数值
实现。模拟结果与试验结果对比发现：新模型计算结果与试验结果吻合较好，不仅能描述塑性混凝土的峰前应变
硬化特征，还能呈现出随围压变化的峰后应变软化效应。研究表明所建模型能较好地描述塑性混凝土的力学特性。
关键词：塑性混凝土；损伤效应；本构模型；三参数 Weibull 分布；二次开发
中图分类号：TV 311 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240585

1 研究背景

在土石坝、围堰、堤防等水利水电工程的基础防渗中，塑性混凝土因具有弹性模量低、模强比
低、极限变形大等特性而受到广泛关注 ［1-3］ 。塑性混凝土力学性能介于常规混凝土与普通土之间，是
由水、水泥、砂石骨料、膨润土及黏土等主要原料复合而成的柔性材料，较高含量的细颗粒黏土掺合
［4］
物使其在受力和变形过程中表现出与常规混凝土和普通土差别较大的力学演变特征 。多数本构模型
难以准确描述其复杂的力学响应，包括塑性硬化、损伤演化、峰值应力后延展性受围压影响等特性，
难以满足塑性混凝土防渗墙工程的计算精度，进而无法精准预测不同工况下的结构响应，给设计和施
工带来挑战。因此，开展塑性混凝土力学特性研究、建立其本构模型对塑性混凝土防渗墙工程的应用
发展具有重要意义。
国内外学者针对塑性混凝土力学特征与变形性能进行了大量深入研究。高丹盈等 ［5-7］ 通过开展真
三轴试验，结合强度理论提出了塑性混凝土二参数、三参数以及四参数的多项式和线性表达式。胡良
［8］
民等 针对不同养护龄期的塑性混凝土开展了单轴压缩、弯拉与抗折试验，基于单轴及三轴压缩试验
［9］
结果，建立了塑性混凝土单轴及三轴应力-应变关系的二次、四次多项式数学模型。王四巍等 也采
用类似方法，基于 Griffith 微裂纹理论进行了三轴试验，提出了塑性混凝土强度破坏准则，并建立了三
轴受压状态下塑性混凝土本构关系。修正剑桥模型（Modified Cam-clay）对塑性混凝土在高约束压力下
应力-应变曲线模拟效果良好，但随着围压的降低，塑性混凝土应力屈服后因内部裂缝扩展，较小的
约束压力对微裂缝扩大的抑制效果逐渐减弱，导致产生的应变软化现象逐渐显著。鉴于 MCC 无法满足

收稿日期：2024-09-13；网络首发日期：2025-07-11
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250711.1323.001
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基金项目：国家自然科学基金面上项目（52479131）
作者简介：赛冬拉·马学义（1999-），博士生，主要从事水工结构工程研究。E-mail：1024205065@tju.edu.cn
通信作者：崔溦（1977-），教授，博士生导师，主要从事水工结构工程与水工材料研究。E-mail：cuiwei@tju.edu.cn
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