工程水泥基复合材料（ECC）具有高延展性、应变硬化和微裂纹控制优势，在结构加固、基础设施维护及建筑耐久性提升方面应用前景广阔。然而，大体积推广应用ECC存在成本高、收缩大和模量低的问题，目前大部分工程不需要混凝土达到几百倍的变形能力，掺入粗骨料（CA）可以有效解决上述问题。剪切破坏是土木水利结构在复杂荷载下的主要失效模式之一，而CA在有机纤维密集的水泥基材料中的作用机理与普通混凝土存在显著差异。因此，研究CA对ECC剪切力学性能的影响及其作用机理具有重要工程意义。
研究团队根据工程实际需求，在ECC中掺入CA以平衡其在工程应用中的安全性和经济性，采用宏观与微观手段结合的方式，研究了CA在多轴剪切荷载作用下对ECC剪切力学性能和内在机理的影响规律。研究发现：CA-ECC在压－剪复合作用下的裂纹随CA掺量和轴压比增加更早出现且变得更多；CA-ECC剪切强度和峰值位移随轴压比增加而增加，在60%轴压比下，其剪切强度和峰值位移提高幅度最高可达359.78%和167.84%，剪切强度随CA掺量增加，在30%掺量下最高可达36.91%，而峰值位移则先增后减，在10%掺量时最高可达33.86%；CA会改变基体中应力传递路径及其附近水泥基体的韧性，进而改变裂纹演化路径和最终破坏形态。最后基于CA-ECC材料高延展性和刚度演化失真等特征，提出适用于CA-ECC的高精度损伤本构模型。
研究成果可为高面板堆石坝中面板与堆石体协调变形设计提供指导和理论支撑。相关研究结果以“Multiaxial shear performance of coarse-aggregate ECC: Damage evolution and interfacial characteristics”为题发表在《Cement and Concrete Composites》（IF="13.1，中科院一区TOP）上。研究得到国家自然科学基金（52379127）和青海省自然科学基金（2025-QY-235）的资助。
供稿：土木水利学院
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