引言
混凝土，是一種由水泥石、骨料和二者之間的界面過渡區所構成的三相復合材料。并且，各相之中由于天然或人工的因素而包含大量的初始微缺陷（ 微裂縫和微空洞等） .故，混凝土的力學性能不可避免地由三相與微缺陷所共同決定。
然而，不僅混凝土材料復雜的宏觀力學行為，讓人們難于把握； 而且，從宏觀層次所進行的力學性能研究，也很難從根本上解釋各種宏觀力學行為。于是，在細觀層次上，對混凝土材料細觀結構構成及其變化，進行現象規律等的試驗統計、簡化概括等的數值模擬、抽象升華等的理論分析等一系列研究，人們希望能夠從中找到既能有效表征混凝土材料力學性能的模型，又能合理解釋其復雜力學行為的理論。也因此，混凝土細觀力學研究，成為當前一個人們極為熱衷的研究方向。
本試驗介紹了混凝土宏細觀力學性能及細觀力學機理研究現狀，總結了混凝土細觀力學機理研究的不足之處，提出了混凝土力學性能與力學機理的“宏細統一，拉壓同質，壓拱拉裂”的研究思路與力學模型。此研究思路與力學模型，有可能較好地統一混凝土宏觀非線性力學行為與細觀損傷演化過程，較好地解釋混凝土在拉壓應力、拉壓循環應力等狀態下力學行為的細觀損傷機理（ 本質） .
1 混凝土宏觀力學性能
混凝土的宏觀力學性能，主要有： 不同加載方式下的力學性能，不同加載速率下的力學性能和不同構件尺寸的力學性能等。下文簡述前兩者。
1.1 不同加載方式下的力學性能
混凝土在不同加載方式下的力學性能，主要表現為：σ - ε曲線特征方面、彈性模量方面、強度方面、應變或變形方面和單邊效應方面等（ 表 1） .故分別概述混凝土各個方面的力學性能。
（ 1） σ - ε 曲線特征方面在單軸單調荷載作用下，混凝土的應力 - 應變關系曲線具有明顯的非線性特征[1]: 初始階段表現出線彈性，而后則為非線性，且呈現出應變強化與應力軟化等特征。
通過 KARSAN 等[2]的單軸拉伸試驗與 GOPALAR-ATNAM 等[3]的單軸循環壓縮試驗（ 圖 1） ,可知： 混凝土σ - ε曲線具有滯回效應，主要表現為循環單軸荷載作用下，由卸載 - 再加載的應力應變曲線包圍形成環狀的滯回面積。三軸拉伸的線性，主要表現混凝土在三軸拉伸荷載作用下，各軸向的應力應變關系曲線均基本表現為線性。
（ 2） 彈性模量方面通過單軸拉伸試驗與單軸循環壓縮試驗[2 -3]（ 圖 1） ,可知： 混凝土彈模劣化，主要表現為隨著荷載的循環作用，混凝土的割線彈性模量不斷降低等。
（ 3） 強度方面單軸單調受拉的混凝土強度遠低于單軸單調受壓的強度，前者僅為后者的 1\ue4d420~1\ue4d410[1].在雙軸壓縮荷載作用下，混凝土具有強度提高性，主要表現為隨著一個方向抗壓強度的提高，另一個方向的抗壓強度逐漸提高，且雙軸等壓時的抗壓強度略高于單軸抗壓強度。在拉壓雙軸加載時，混凝土拉壓性能的隨拉性，主要表現為壓縮加載方向的強度，隨拉伸加載方向的拉應力的增加而降低。雙軸拉伸加載時，混凝土力學性能的無影響性，主要表現為雙軸受拉的強度稍低于單軸抗拉強度，或者二者基本一致等[1].
（ 4） 應變或變形方面混凝土單軸單調受拉表現出脆性，而單軸單調受壓表現出明顯的延性（ 塑性） ,并且前者的變形集中發生在極限強度附近，后者的變形表現出較明顯的緩慢發展過程。
通過 KARSAN 等[2]的單軸拉伸試驗與 GOPALAR-ATNAM 等[3]的單軸循環壓縮試驗（ 圖 1） ,可知： 在混凝土的不可復變形方面，主要表現為卸載后材料一部分不可恢復的變形，隨著循環荷載作用而逐漸增大。
雙軸壓縮的體積膨脹現象，主要是指盡管體積應變在極限值以前隨荷載增加而減小，但達到極限應變后，其隨荷載而不斷增大等[1].三軸壓體積應變的應力比條件性---應力比小的時候，體積膨脹顯著； 而應力比增加，其體積膨脹越不明顯； 三軸的壓力比約為 1 的時候，沒有明顯的體積膨脹[1].
（ 5） 單邊效應方面單軸單調的拉、壓荷載作用下，混凝土的單邊效應是指，在強度和變形等方面混凝土表現出迥然不同的特性[1]: 在強度方面，單軸單調受拉的混凝土強度遠低于單軸單調受壓的強度； 在變形方面，混凝土單軸單調受拉表現出脆性，而單軸單調受壓表現出明顯的延性（ 塑性） ,并且前者的變形集中發生在極限強度附近，后者的變形表現出較明顯的緩慢發展過程。
混凝土在單軸反向循環加載下[1],其單邊效應，主要表現為彈性模量的反向增加或降低，即當經過單軸拉荷載作用后，反向施加壓荷載，混凝土的彈模明顯比拉伸后的狀態增加（ 也可稱為彈?；謴停?; 而反之，彈模降低。
（ 6） 其他方面在雙軸壓縮加載時，混凝土的雙向應力比影響性，主要指應力比的不同，導致雙向的不同的初始彈模，不同的強度，以及不同的塑性發展情況等[1].
三軸荷載作用下，圍壓與拉壓硬化性，主要表現為混凝土的強度與極限應變都隨著圍壓的增大而增大，其塑性性能顯著發展，并且表現出了硬化性； 拉壓加載時，亦然[1].
三軸荷載作用下，混凝土的破壞面特征[1],主要表現為破壞面的子午線從靜水受拉點不斷沿靜水受拉軸朝外擴展。（ 7） 小結通過以上概述，筆者認為，不論非線性還是拉壓不對稱性，如果假定混凝土的力學性能，僅僅是由單一的力學機理完全決定的（ 如塑性力學機理或彈性斷裂損傷機理等） ,如此，不太可能完全準確地揭示其復雜行為的本質。
同時，在針對其脆性與延性行為的表征與機理研究時，最好應區別混凝土與金屬二者延性行為的本質，且不應忽視單軸單調受拉時混凝土材料脆性行為主導下的塑性行為與本質。
不論是三軸加載、雙軸加載，還是單軸加載，混凝土的單邊效應、非線性（ 強度特征） 以及塑性與脆性變形等，都深刻的反映在了相應的試驗過程與結果之中。故若能從單軸加載情況下把握住其各方面力學行為的機理，那么，多軸情況下的力學行為本質也就可能迎刃而解。
1.2 不同加載速率下的力學性能
在不同加載速率下，混凝土的力學性能主要表現為單軸加載的強度與應變率對數的線性關系、單軸加載的彈模與應變率對數的線性關系、單軸加載的泊松比無應變率影響和三軸圍壓的應變率影響等[6 -8].
首先，單軸加載情況下，混凝土強度與應變率對數具有線性關系，即強度隨應變率的對數增加而線性增加[8];并且彈性模量與應變率對數也由線性關系，彈性模量隨應變率增大而增大[7]; 而泊松比無應變率影響，即為單軸加載時，混凝土泊松比與應變率幾乎沒有相關性[7].
其次，三軸圍壓的應變率影響[7],主要表現為圍壓狀態對混凝土強度有影響： 低圍壓時，其強度隨著應變率的增加而明顯增大； 并且這一影響隨著圍壓的增大而逐漸降低，直至圍壓大于強度時，這一影響基本不存在。
筆者認為，目前針對應變率影響的機理研究已有多種理論，但應結合混凝土受荷時的其他力學性能（ 如非線性、塑性等） 的機理，從而不致應變率機理脫離混凝土材料的損傷劣化本質這一理論基礎，也就能夠更全面地揭示混凝土力學行為的本質。
2 混凝土細觀力學性能
混凝土材料的宏觀力學性能，主要源于其內部（ 尤其是界面過渡區） 的微缺陷（ 微空洞、微裂縫等） 的萌生、擴展、交匯貫通等細觀結構的變化過程。下面概述： 混凝土材料受荷損傷破壞的典型細觀結構變化五階段，多維加載與循環拉壓加載的裂縫開展情況等。
2.1 混凝土受荷損傷破壞細觀結構變化五階段
混凝土材料受荷損傷破壞的典型細觀結構變化五階段，以單軸單向壓縮為例，主要包括線彈性階段、初步非線性階段、非線性發展階段、非線性階段和應變軟化階段（ 或局部軟化階段） 等五階段（ 表 2,圖 2） .
2.2 混凝土材料多軸加載的裂縫開展情況
在多軸荷載作用下，混凝土材料內部細觀結構變化（ 微缺陷的形成、微裂縫的發展等） ,這一系列變化發展過程，是在單軸荷載作用下混凝土材料相應細觀與宏觀變化發展過程的基礎上形成的。故，雖然前者比后者更為復雜，但前者考慮的因素卻只在后者的基礎上增加加載方式（ 拉或壓） 、應力比等。
在二軸荷載作用下，混凝土的開裂特征[1]主要有： 雙軸壓時，一個方向的壓荷載阻礙著另一個方向因為壓荷載而產生的宏觀微裂縫的發展，最終僅產生一些散雜的細小裂縫，且雙軸壓力越相近時，這一特征越易觀察到； 拉壓加載時，拉壓應力比對微裂縫的形成匯聚以及主裂縫的發展均有主要的影響作用，相對拉應越大，則裂縫越趨向于該拉應力產生拉裂縫的方向發展； 雙軸拉時，宏觀裂縫趨向于最大主拉應力的垂直方向發展。
在三軸加載（ 三軸壓） 時，混凝土開裂特征主要為[4]:圍壓較小時，裂縫的形成與開展類似于單軸受壓的情況；而圍壓越大時，圍壓的作用越明顯，且微裂縫在垂直于圍壓的方向也有發展并局部化，最終與軸向壓力產生的裂縫交接，形成交錯貫通試件的宏觀裂縫。
筆者認為，不僅單軸加載下的混凝土宏細觀裂縫形成發展是多軸加載下的基礎，而且反過來，通過對多軸加載下混凝土細宏觀裂縫的開展特征進行歸納研究，也可以找到相應的單軸加載下裂縫產生發展與損傷破壞機理的更為直觀的研究資料和更為有效的研究方法。
2.3 混凝土材料循環拉壓加載的裂縫開展情況
在拉壓循環荷載作用下，混凝土的裂縫發展產生發展的過程[1],主要有： 拉伸加載，垂直于拉伸荷載方向的微裂縫產生； 拉伸荷載，部分微裂縫閉合（ 但沒有愈合） ,卸載結束時，仍有一部分微裂縫不能完全閉合（ 可以認為混凝土的不可復變形或塑性行為就是由此而來） ; 壓縮加載，之前未閉合的微裂縫受力而部分閉合，繼續施壓，微裂縫偏向發展（ 或因微裂縫壁的摩擦，或因加載條件所致） ; 往復拉壓，裂縫縱橫發展，最終試件破壞。
筆者認為，拉壓循環加載是，一方面，從本質上而言，是多次重復進行的單次拉壓加載過程，故應以單次拉壓加載的混凝土細觀力學行為的研究作為基礎； 另一方面，拉壓循環加載的混凝土力學性能試驗，也為單邊效應、不可復變形的研究等，提供了直接的原始依據，應予以重視。
