混凝土材料的强度动力特性是一由来已久而又持续受到广泛关注的热点问题,对该问题的正确认识直接影响混凝土结构工程动力设计的安全度。目前的动态试验成果很多,但由于试验设备、方法、试样种类以及加载的速率与方式不同,导致测试结果离散性很大,在混凝土动态力学特性的机理研究上难以达成明确的共识。混凝土在细观层次上由骨料、砂浆、界面及初始缺陷组成,各细观组分对其宏观力学性能均有直接的影响。采用宏观与细观相结合的研究方法,可以在物理机制上给予混凝土宏观力学行为以合理的解释。鉴于此,本文基于材料细观物理特征,通过理论分析、离散元数值试验、有限元数值模拟以及物理试验验证,分别对混凝土材料的动态力学特性展开研究,逐步细化和深化对混凝土材料动强度应变率效应的认识。本文的研究工作可以总结为以下几个方面:(1)对混凝土类材料动强度应变率效应的成因进行筛选,将混凝土材料动强度应变率效应的成因归结到材料的结构特性和动态加载特性两个方面,指出材料的不均匀性和惯性力的联合作用是导致混凝土类材料静、动强度差异的根源。(2)从混凝土类材料的静、动破坏形态差异入手,提出混凝土破坏时裂纹发展遵循的能量原理,即裂纹的破坏路径与加载应变率相关。静态加载时,应变能的释放速度较慢,裂纹沿着材料的薄弱面向前发展,裂纹开裂遵循最小耗能原理;而动态加载时,应变能需要在瞬间得到释放,裂纹沿着能量释放最快路径向前发展,裂纹开裂遵循能量释放率相关原理。以该理论为基础建立了混凝土类脆性材料静、动强度解析表达式,解析分析了砂浆与骨料不同强度比值时混凝土动强度解析表达式的内涵及其对应的裂纹发展路径。(3)研究了级配和骨料率对混凝土物理力学性质的影响,揭示了骨料率及级配对其力学行为的影响机制。在颗粒流数值平台上建立了不同骨料率(50%,60%,70%,80%)和不同级配(一级配、二级配、三级配、四级配)的混凝土数值试样,进行了具有骨料破裂功能的混凝土静态单轴压缩数值试验,分析了材料的破裂形态、裂纹扩展过程、应力应变曲线和破裂能量的演化规律。结果表明,混凝土骨料结构稳定程度对混凝土力学行为影响显著,同时验证了静态裂纹沿着材料的薄弱面向前发展的最小耗能原理。(4)基于三维随机骨料模型,研究了不同加载速率下混凝土三分点弯梁的静、动态破坏极限荷载以及破坏形态,考虑了各组分材料强度对动力提高因子的影响,并初步探讨了惯性力在不同应变率阶段发挥的作用。从混凝土自身的不均匀性和惯性力效应在不同应变率范围所占比重不同两方面对动强度应变率效应进行了研究,通过数值试验验证了混凝土动态破坏能量释放率相关原理。(5)基于CT扫描图像各分辨单元的CT数,建立了能够反映混凝土真实细观结构的数值重建模型(包括骨料、砂浆、界面及初始缺陷)。对数值重建模型进行了不同加载应变率的动态单轴压缩和单轴拉伸试验,研究初始缺陷对混凝土动态力学特性的影响。类似地,还进行了无缺陷混凝土数值模型和均质砂浆模型的动态加载试验,对比分析三类试样的试验结果,揭示了细观结构性对混凝土动态力学特性的影响机制,进一步探讨了不均匀性和惯性效应之间的关系,从细观力学角度解释了本文所提理论的合理性。(6)通过特殊设计的不均匀脆性材料三点弯曲梁准静态加载试验和不同速率的冲击试验对提出的静态破坏最小耗能原理和动态破坏能量释放率相关原理进行验证,试验结果与理论设想基本相符。