与普通混凝土相比,纤维混凝土(Fiber Reinforced Concrete,FRC)因其优异的抗裂和变形能力被广泛应用于土木工程中。已有研究表明,纤维对混凝土的增强作用除了取决于纤维的长径比和掺量之外,还受纤维分布及其与基体间界面粘结性能的影响。为了进一步确定这些影响,本文首先基于Nano-CT X-ray扫描试验,观察并分析了短切玻璃纤维在混凝土基体中的分布情况,采用Simpleware图像处理软件获取了所扫描试件中短切玻璃纤维的三维空间坐标,并基于统计学原理建立了短切玻璃纤维在混凝土基体中的分布模型;其次,基于所获得的玻璃纤维在混凝土中的分布规律,作者结合Python语言和有限元软件ABAQUS,从细观尺度上建立了FRC的三维力学模型,模型考虑短切玻璃纤维、混凝土基体及二者间界面三种组分,为保证计算效率,本文选择了尺寸为1mm×1mm×1mm的力学模型分析了FRC的劈裂抗拉性能和立方体抗压性能,分析结果与试验结果吻合较好,验证了该模型的合理性;最后,本文进一步利用该细观力学模型,并考虑了短切纤维与基体间界面粘结性能、纤维掺量、基体强度等细观因素对FRC宏观力学性能及破坏过程的影响。同时,利用100mm×100mm×100mm的三维细观力学模型分析了短切纤维的分布对FRC宏观破坏行为的影响。具体研究内容如下:(1)通过Nano-CT X-ray扫描试验,对短切玻璃纤维混凝土(GFRC)试样进行了扫描,并采用Simpleware图像处理软件对扫描图片进行处理后,获得了短切玻璃纤维在混凝土基体中的空间坐标,然后利用统计学软件SPSS对纤维坐标进行统计分析,建立了短切玻璃纤维在混凝土基体中的分布模型及其概率分布函数。试验结果表明,短切玻璃纤维在混凝土基体中,多平行于某一平面,且在笛卡尔空间坐标系中,纤维与各坐标轴之间的夹角满足指数分布。该部分对应论文的第二章节。(2)利用有限元软件ABAQUS建立了FRC的三维细观力学模型,考虑了短切纤维、混凝土基体及二者间界面三相组分,并结合Python语言在FRC细观力学模型中使短切纤维实现了指数分布。为了验证模型的合理性,利用FRC细观力学模型对FRC的劈裂抗拉和立方体抗压破坏行为进行了数值仿真,得到的数值结果与试验结果吻合较好,验证了所建立的细观力学模型的合理性。该部分对应论文的第三章节。(3)作者进一步利用FRC细观力学模型进行了数值拓展分析,研究了纤维掺量、混凝土基体强度、界面粘结强度和纤维分布对FRC宏观力学性能及其破坏过程的影响。结果表明,短切纤维的加入对FRC立方体受压强度影响不大。短切纤维对FRC劈裂抗拉强度的增益效果由小到大依次为垂直分布、随机分布、指数分布和水平分布;FRC的劈裂抗拉强度会随纤维掺量的增加先上提高而后下降,但随混凝土基体强度的增加而增大;FRC的劈裂抗拉强度随着混凝土基体强度和纤维与基体间界面粘结性能的提高而增大。本研究将使人们更加清楚的了解纤维在FRC中的作用机理及其对FRC宏观力学性能的影响。所得研究成果对FRC的细观力学研究进行了有力的补充,并为其他类型混凝土的分析提供了理论指导。