堆石混凝土是一种由自密实混凝土填充堆石体从而形成致密结构的新型混凝土材料,因其整体性好、强度高,常用于大体积结构中。以往的试验研究中,因堆石混凝土体积过大,无法制作足尺试件分析其力学性能与破坏机理。本文将混凝土随机骨料细观模型的研究方法应用于堆石混凝土力学性能研究中,将堆石混凝土视为由堆石体、自密实混凝土及二者之间的粘结界面层组成的三相介质复合材料进行数值模拟分析,主要内容如下:(1)结合极坐标法与圆内接多边形法联合编写程序,生成二维凸多边形骨料模型;利用瓦拉文公式计算全级配混凝土各粒径等级的骨料个数,并利用蒙特卡罗法进行凸多边形骨料的随机投放过程,保证骨料在投放区域内不相交、不重合;依照此方法建立双边缺口混凝土梁,进行四点剪切数值模拟,缺口处形成主、次两条断裂带,与数字散斑试验破坏形态一致,证明混凝土塑性损伤本构适用于模拟混凝土材料的弹塑性分析;通过三组立方体与棱柱体二维模型对比分析,验证混凝土尺寸效应的存在。(2)利用投放算法进行堆石混凝土二维骨料模型的建立,通过三点弯曲模拟分析,研究堆石混凝土破坏过程,细观模拟结果与试验结果的应力-应变曲线拟合较好,误差在5%以内;在四点剪切模拟中,沿自密实混凝土区域形成连续贯通的剪切破坏带;建立不同堆石率的堆石混凝土模型,对比模拟结果可知,当堆石率为55%时,堆石混凝土抗压强度高、延性好,整体力学性能较好,为工程应用提供设计理论参考。(3)基于三维凸壳原理,自主开发简化的增量算法程序,实现堆石混凝土三维随机骨料的模型;对模型进行立方体抗压模拟分析,结果显示:模型内部破坏由自密实混凝土与堆石体交界处先产生,并向自密实混凝土内扩散,堆石混凝土存在尺寸效应;利用串联、并联模型计算堆石混凝土等效弹性模量,以自密实混凝土强度等级、堆石率、堆石体弹性模量为变量,利用最小二乘法对堆石混凝土等效弹性模量解析解进行拟合,并与试验结果、不同参数的模拟结果分别进行对比,误差在3%左右,验证堆石混凝土等效弹性模量解析解正确、可靠,对工程应用具有一定参考价值。