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土细观模拟面临的挑战。为建立 ＥＲＣＣ细观数值模
型，本文采用耦合非连续介质与连续介质的方法，将
骨料随机投放至指定空间范围内 ［２３］ ，实现快速建立混
凝土的细观模型，具体流程如图 ４所示。
第一步：非连续介质中骨料信息初始 化。基于
非连续介质计算方法 （ ＥＤＥＭ）在较大 的空 间内 生成
不同体积比的骨料，骨料投放比例如表 ３所示；为
了防止骨料交叉，将骨料的几何参数放大至 １．０５倍，
３
同时骨料的投放体积也要相应地扩大 １．０５倍；本文
的目标模型为 １００ｍｍ × １００ｍｍ × １００ｍｍ的立方体试
件，投料初始空间为 １００ｍｍ× １００ｍｍ× ５００ｍｍ，这
样既能保证大颗粒完全投放，又能满足各颗粒间不会
图 ４ 建立混凝土随机骨料模型流程图
出现骨 料 交 叉 的 现 象；检 查 上 述 投 放 的 骨 料 体 积，
保障生成的骨料与设计骨料体积相 符合；然 后在投 表 ３ 骨料级配
放空间两侧施加挤压条件匀速收缩，直至 骨 料收缩 骨料粒径?ｍｍ ２．５～５ ５～７．５ ７．５～１０
至 １００ｍｍ范围内。 质量占比?％ １０ ３０ ６０
第二步：构建 混凝土 实体 模型。提 取 上 一 步 结
果中的骨料坐标、粒径信息，通过编写的批处理程序将信息写为 Ｊａｖａ语言，在有限元计算软件中生成
骨料的几何模型，最后将骨料的几何模型映射至连续介质中，构建混凝土的几何模型。按照以上步骤
生成粗骨料体积分数为 １０％～５０％的 ＥＲＣＣ － ３Ｄ模型如图 ５所示。

图 ５ 含不同粗骨料体积分数的混凝土 ３Ｄ模型（单位：ｍｍ）

３．１．２ 材料参数 计算中所需的材料参数分别为砂
浆基体、粗骨料、ＩＴＺ的电阻率，本文通过试验、文
献和数值模拟三种途径来获取所需参数。通过制作
不同炭黑掺量的砂浆试件，采用四电极法测量砂浆
基体 ２８ｄ电阻率，砂浆试件电阻率如图 ６所示。从图
中可以看出炭黑掺量越大，砂浆电阻率越小，当炭黑
掺量达 到 ８％后，砂 浆 电 阻 率 趋 于 稳 定，炭 黑 掺 量
８％即为砂浆电阻率的阈值。水工碾压混凝土粗骨料
常使用石灰岩、白云岩或大理岩等，电阻率在 １００～
５
２ × １０ Ω ·ｍ ［３２］ ，本文选择 １０００Ω ·ｍ作为数值模拟
时骨料的材料参数。
图 ６ 砂浆电阻率与炭黑掺量的关系
ＩＴＺ是构成 混 凝 土 三 相 复 合 材 料 的 重 要 组 成 部
分，已有研究表明 ＩＴＺ厚度为 ２０～６０μ ｍ，具有结构疏松、渗透系数大、水化程度高、低强度、易开
３
裂等特点 ［３３］ 。在 ＥＲＣＣ通电网络中，砂浆基体与骨料颗粒的电阻率相差很大，可达到 １０倍。当前有
关导电混凝土 ＩＴＺ的电阻率研究较少，该区域的电阻率与砂浆基体电阻率的关系尚未明确，因此有必

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