混凝土结构不可避免地存在初始裂纹,当高压水作用时,初始裂纹可能会进一步扩展直至形成宏观裂缝,从而导致结构发生水力劈裂破坏。混凝土结构的水力劈裂问题已成为水利工程界关注的焦点之一,特别是近年来,我国陆续兴建了一批高混凝土坝(200m及以上),这些高坝的水力劈裂问题更加突出,因而有必要对该问题进行深入研究。本文基于颗粒离散元法建立了细观尺度混凝土水力劈裂流固耦合模型,该模型能够从细观角度反映模型的变化过程,在分析破坏机理方面具有显著优势。论文的主要工作和结论如下:(1)通过双轴压缩试验对设置了平行粘结的颗粒离散元模型进行了细观参数敏感性分析。结果表明,颗粒粒径比和颗粒刚度对模型宏观力学特性的影响较小;颗粒间摩擦系数对模型的初始弹模、峰值强度及峰值对应的应变均有较大影响;平行粘结的强度对模型峰值强度和峰值对应的应变具有显著影响;平行粘结的刚度主要对模型的初始弹模产生影响;平行粘结刚度比对模型的初始弹模、峰值强度及应变软化阶段均有显著影响;增大平行粘结半径系数,模型的初始弹模和峰值强度均有显著提高。该研究为标定混凝土模型的细观参数取值提供了依据。(2)改进了不规则形状骨料的生成方法,针对骨料内部、砂浆内部以及骨料与砂浆界面分别选取3组不同的平行粘结参数值,建立了混凝土三相细观模型。通过多次单轴抗压强度试验不断调整参数值,最终标定了C25混凝土对应的细观参数取值,试验结果表明,本文建立的混凝土三相细观模型能够较好地模拟C25混凝土的力学特性,可用于开展混凝土的水力劈裂试验。(3)对原有的颗粒离散元流-固耦合模型进行了改进,创建了独立的管道链表,将管道分为骨料内部、砂浆内部及界面区3种类型,体现了混凝土非均质的特性;计算及更新各流体域的体积,更加全面地考虑了流固耦合的效应。采用改进后的流固耦合模型模拟了混凝土内的渗流过程,将结果与文献对比,验证了该模型能够较好地反映混凝土内的渗流规律,可进一步用于混凝土的水力劈裂数值试验。(4)根据室内试验的混凝土水力劈裂模型及边界条件,开展了混凝土三相细观模型水力劈裂试验。试验结果表明:不同轴压作用下,临界劈裂水压随轴压的增加而增大,且两者呈线性关系;当模型的预制裂缝与轴压垂直时,裂缝均沿初始裂缝方向延伸,模型发生水力劈裂破坏的细观力学机理为法向张拉破坏。在此基础上,对带有Ⅰ-Ⅱ复合型预制裂缝的模型进行了水力劈裂试验,从细观角度揭示了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝发生水力劈裂的主要原因依然是,颗粒间的平行粘结发生了法向张拉破坏。相同轴压作用下,裂缝角?=0°时的临界劈裂水压最低;裂缝角在0～60°之间时,临界劈裂水压随裂缝角的增加而增大;裂缝角?=90°时,临界劈裂水压略低于裂缝角?=60°所对应的值。本文所采用的颗粒离散元模型通过粘结的破坏类型可从细观角度揭示水力劈裂破坏的力学机理,因而可进一步用于分析更加复杂的情况,为混凝土水力劈裂的研究提供新途径。