钢纤维对水泥基体的增强效果受纤维分布和取向的影响,定向钢纤维水泥基材料不仅纤维利用率高,特定环境下纤维增强效果发挥充分。实际结构中由于材料的各向异性或者受力的不均匀性,常常使得裂缝处在复合应力场作用下,复合型裂缝较为常见。本文开展了定向及普通乱向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验,利用扩展有限元对钢纤维水泥基材料断裂全过程进行了数值模拟。具体研究内容如下:(1)采用直偏裂缝三点弯曲梁研究了定向及普通乱向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展的全过程,分析了材料的断裂参数,开裂角和裂缝扩展过程对钢纤维增强效果的影响。研究结果表明:定向钢纤维水泥基复合材料的断裂性能明显优于乱向钢纤维水泥基复合材料;在本文裂缝偏移中心距离范围内,随着预制裂缝偏移距离的增加,开裂角、峰值荷载逐渐增大,而断裂能逐渐降低;随着开裂角的增加,定向钢纤维水泥基材料的增强效果有所降低。(2)基于扩展有限元法对钢纤维水泥基材料直偏裂缝三点弯曲梁进行了数值模拟,分析了它们的裂缝扩展轨迹、位移云图,并通过P-CMOD曲线的对比验证了模拟结果的有效性。结果表明:利用本文方法得到的裂缝扩展全曲线与试验结果对比良好,可以用来模拟钢纤维水泥基材料的开裂。(3)利用扩展有限元法对不同缝高比及不同纤维掺量的钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型开裂过程进行了模拟预测,得到了的P-CMOD曲线、P-δ曲线,分析了初始缝高比及纤维掺量对峰值荷载、开裂角的影响。结果表明:随着纤维体积掺量的增加,峰值荷载明显增大,P-CMOD曲线的临界点逐渐后移,临界裂缝口张开位移逐渐增大;随着初始缝高比增加,裂缝的断裂过程区越短,峰值荷载也相应越小。初始缝高比在0.2~0.4范围内,开裂角随缝高比的增大而逐渐增大,而初始缝高比为0.5时,开裂角减小。当试件偏移距离较大时,开裂角随着纤维掺量的增加而增大。