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堆石混凝土是一种结合了自密实混凝土和预填堆石技术而发展起来的新型大体积混凝土,具有施工速度快、温控措施简单、经济成本低及绿色环保等诸多优点,未来将具有良好的应用前景。工程实践表明,力学性能和耐久性是影响堆石混凝土广泛应用的两个重要因素,但目前受到试件制作及缩尺效应等试验条件的制约,采用传统物理试验方法进行堆石混凝土力学性能和耐久性能的研究还存在资源消耗大、难以进行真实尺寸试件试验研究等问题与不足。为此,本文首先利用Python自主编制程序,通过ABAQUS软件建立了堆石混凝土的随机骨料模型;然后,运用ABAQUS软件针对堆石混凝土的力学性能进行了数值模拟试验,揭示了堆石率及各相材料参数(堆石、自密实混凝土及界面过渡区)对堆石混凝土抗压强度的影响规律;最后,针对自密实混凝土的冻融损伤特性进行了模拟冻融循环试验,并在此基础上开展了针对堆石混凝土冻融损伤性能的数值仿真试验研究,揭示了堆石混凝土抗压强度和弹性模量在冻融循环过程中的变化规律。研究结果表明:(1)堆石混凝土在不同堆石率下的破坏过程是相似的:从界面过渡区开始出现损伤,损伤沿着堆石表面发展萌生出微裂纹,微裂纹随着荷载的增加逐渐扩展、汇聚,直至贯通试件导致其破坏。(2)堆石对于堆石混凝土内部微裂纹萌生、汇聚和扩展的过程有较大影响,对微裂纹的扩展起到了一定的抑制作用,进而使得堆石率较高的堆石混凝土表现出了较高的抗压强度。(3)自密实混凝土强度等级的提高可有效提高堆石混凝土的抗压强度和弹性模量;堆石弹性模量的增加会显著增大堆石混凝土的弹性模量,但对其抗压强度影响不大;界面过渡区力学性能的提升能有效提高堆石混凝土的抗压强度,但对其弹性模量几乎没有影响。(4)自密实混凝土和堆石混凝土的抗压强度和弹性模量均随着冻融循环次数的增加而呈现出线性降低的规律,且堆石混凝土抗压强度和弹性模量降低的幅度均小于自密实混凝土降低的幅度,说明堆石混凝土表现出了更好的抗冻耐久性。本文运用ABAQUS软件针对堆石混凝土的力学性能及冻融损伤性能分别进行了细观数值仿真试验研究,对堆石混凝土在实际工程中的应用有一定的借鉴意义。