混凝土立方體試件在標準單軸抗壓試驗中呈現對頂角錐形破壞面，而在潤滑條件下則轉為豎向貫穿劈裂裂紋。這兩種截然不同的破壞形態，其根源在于端部摩擦約束產生的環箍效應改變了試件內部的應力場與損傷演化路徑。本文采用ABAQUS建立混凝土細觀尺度模型（卵石骨料、砂漿基體及界面過渡區），通過對比約束與自由兩種邊界條件，直觀揭示錐形破壞的力學機制。

 

細觀模型與工況設置

混凝土試件邊長150 mm，骨料體積分數57%，粒徑均值約20 mm，界面過渡區厚度1 mm。

采用混凝土損傷塑性CDP材料模型描述其損傷萌生。材料參數：骨料彈性模量80GPa，泊松比0.16；砂漿抗拉強度3.0MPa；界面過渡區抗拉強度2.4MPa。

加載方式為位移控制。工況A（不涂潤滑劑）：上下表面約束橫向位移（Ux=Uz=0），模擬墊板摩擦鎖固；工況B（涂潤滑劑）：上下表面橫向自由。

 

應力云圖對比分析

工況A中，端部摩擦約束限制了試件端部的橫向膨脹，在試件內部轉化為顯著的側向拉應力。應力云圖顯示，最大側向拉應力并非位于中心，而是集中在中部邊緣區域，這種分布是形成錐形破壞面的力學根源。工況B中，潤滑劑大幅降低端部摩擦，試件可自由橫向膨脹，側向拉應力分布相對均勻，不再出現邊緣應力集中，受力狀態更接近純軸向受壓。

 

損傷因子云圖對比分析

工況A的拉伸損傷率先在中部高側向拉應力區萌生，隨荷載增加逐漸連通成斜向損傷帶，端部因摩擦約束處于三向受壓狀態，損傷因子保持較低水平，最終形成典型的“雙錐形”破壞輪廓。工況B中，缺乏端部約束使拉伸損傷均勻萌生，并沿主壓應力方向迅速擴展，形成多條平行豎向貫穿裂紋，試件被劈裂成柱狀體。

 

位移云圖對比分析

工況A中，端面側向位移被嚴格約束，腰部橫向位移達最大值，呈現“中間鼓、兩端平”的非均勻位移場，直觀體現了剪切滑移趨勢和錐形破壞特征。工況B中，橫向位移從中心軸向四周對稱均勻輻射，端面與中部位移差異小，呈現均勻“燈籠狀”膨脹，無局部剪切滑移帶，表明僅發生泊松膨脹并導致豎向劈裂。

 

綜上，混凝土立方體抗壓試件之所以呈現錐形破壞，是因為端部約束導致試件內部形成“端部有圍壓、中部無圍壓”的非均勻應力場，迫使最大主拉應力方向偏轉，損傷沿斜向路徑積累貫通。細觀仿真以清晰的應力、損傷與位移云圖，將這個經典現象還原為可被“看見”的力學過程。

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