由于有很多常年在水环境中存在的混凝土结构,混凝土长时间浸泡在水中,水压力作用下混凝土材料微观裂缝会存在饱和水,致使混凝土的力学性能发生变化,会影响到混凝土结构的承载能力以及使用年限。作为大体积混凝土结构的常用材料,研究大骨料混凝土在动态荷载下的多轴力学性能,是开展大体积混凝土结构抗震性能研究和分析的基础,对在地震作用下大体积混凝土结构的设计和耐久性具有重要的意义。本文依托项目编号为51079019的国家自然科学资金项目,使用三轴静、动试验设备,分别对两种不同状态(干燥和饱和)的大骨料混凝土在单轴和双轴应力状态下的动态力学性能进行了试验研究。(1)开展了关于干燥和饱和大骨料混凝土的单轴动态试验。分析了应变率对两种大骨料混凝土的抗压强度、抗拉强度、应力-应变曲线和峰值应变的影响。干燥和饱和大骨料混凝土在同一应变率下的破坏形态类似,大部分表现为骨料和砂浆的界面破坏,试件的破坏主要由骨料和砂浆的界面脱粘引起。两种大骨料混凝土的强度和弹性模量都随着应变率的提高而增加,并且伴随着更多的宏观裂缝的出现,并有更多骨料破坏。与干燥混凝土试验结果相比,饱和混凝土在动态荷载条件下的抗压和抗拉强度提高更多。荷载的惯性作用和混凝土微裂缝中自由水的粘性作用是饱和大骨料混凝土强度提高的主要原因。根据试验结果建立应变率与两种混凝土的强度和峰值应变的关系。(2)开展了关于干燥和饱和大骨料混凝土的动态双轴压应力状态下试验。两种混凝土的破坏形态、强度、峰值应变和应力-应变曲线受到应变率和应力比的影响。试验结果表明:在静态加载条件下,平行于加载方向有一些分布均匀的裂缝,而随着应变率的增加,裂缝的数量明显增多,随着应变率的增大,更多的骨料沿着试件断裂面发生破坏。试件的宏观破坏形态主要由应力比决定,而应变率对其的影响几乎没有。两种大骨料混凝土在应力比为0.5时双轴动态抗压强度高于任何应力比的动态抗压强度,饱和混凝土在准静态条件下的强度比干燥混凝土的强度小,而在动态荷载条件下,饱和混凝土的强度高于干燥混凝土的强度。在准静态加载条件下,混凝土微裂缝中的饱和水加快了微裂缝的滑移开裂,由于饱和水的楔入作用使得混凝土内部细观缺陷的微裂缝迅速发展,增大了损伤,是饱和混凝土强度降低的主要原因。而在动态加载条件下,高速率荷载产生高强度应力状态,混凝土的初始裂缝的滑动速度和饱和水的粘性力与荷载应变率成正比,由于饱和水的粘性力和惯性作用导致饱和混凝土的动态强度比干燥混凝土强度提高。在试验的基础上建立了两种混凝土材料在双轴压荷载下的动态破坏准则。(3)对干燥和饱和大骨料三级配混凝土开展了动态双轴拉-压应力状态下试验。对两种混凝土的破坏形态、强度以及峰值应变受到应变率和应力比的影响进行了分析。试验结果表明:含水率对试件的破坏模式影响不大,无论是干燥还是饱和试件,均为单条裂缝的破坏,两种混凝土在动态双轴拉压荷载作用下的破坏形态同单轴拉伸试验,均属拉断型破坏,说明破坏裂缝主要是由极限拉应变引起,混凝土试件的破坏形态没有受到侧向压力的影响。随着应变率的提高,两种混凝土的动态拉强度都增加,且随着侧压力的增加而减少,两种混凝土应变率对混凝土的峰值应变影响不大,而应力比对峰值应变影响较大。饱和大骨料混凝土在准静态条件下的双轴拉压强度比干燥大骨料混凝土的强度小,而在动态荷载条件下,饱和大骨料混凝土的强度高于干燥大骨料混凝土的强度。其原因同准静态单轴拉条件,在准静态条件下,饱和混凝土拉伸强度的降低是由于微裂缝中饱和水的存在使得混凝土尖端的粘聚力降低。在动态加载条件下,裂纹中饱和水产生的有益拉应力以及高速加载条件下的Stefan效应使得混凝土界面相的宏观强度相应提高,因此在动态加载条件下,饱和大骨料混凝土的强度提高的较多。根据试验结果建立了干燥和饱和大骨料混凝土在主应力空间和八面体应力空间的双轴拉压动态破坏准则。(4)本文在试验的基础上,应用内时理论和损伤力学,参考了对大骨料混凝土力学性能产生影响的饱和水和骨料级配及应变率等因素,建立了本构模型,编制了计算程序,并计算了饱和大骨料混凝土双轴动态加载试件的试验过程,计算结果与试验结果趋势基本一致,表明在考虑饱和水因素的条件下,模型能够较好地反映混凝土在双轴情况下的动力特性。最后,应用本文提出的本构模型计算了小湾拱坝,对其进行了非线性动态分析。计算结果符合拱坝在动态条件下考虑饱和水因素的影响规律,即拱坝的抗拉强度提高,应变增加。本文的研究结果将为水环境中建筑物的抗震安全性评价提供了参考。