近年来，为了克服混凝土固有的抗拉性能不足问题，开发了高性能纤维增强水泥基复合材料（HPFRCC）[1]。通过优化纤维-基体相互作用和基体成分，HPFRCC表现出伪应变硬化和分布式微裂纹特性[2]，[3]，从而显著提高了抗拉延性、韧性和能量吸收能力。在HPFRCC中，高强度超高韧性水泥基复合材料（HS-UHTCC）[4]结合了超高性能混凝土（UHPC）[5]的极高抗压强度和工程化/应变硬化水泥基复合材料（ECC/SHCC）[6] [7]的大抗拉应变能力。通过基于微观力学、断裂力学和密实颗粒堆积概念的材料设计，HS-UHTCC实现了传统强度-韧性权衡的优化，使得这种水泥基材料同时具备高强度和高韧性[8]，[9]。这些特性为HS-UHTCC在先进结构应用中的潜力提供了有力支持。
尽管取得了这些材料进展，但对HS-UHTCC的实验研究主要集中在简单的载荷状态，通常是单轴拉伸或单轴压缩。在复杂应力状态下的系统数据非常有限，而这些状态对于承受弯曲、剪切、冲击或局部应力集中的结构构件至关重要。由于缺乏直接的多轴实验数据，对HS-UHTCC在复杂载荷下的行为分析通常采用适用于普通混凝土的单轴抗拉强度描述和假设。这种做法缺乏实验验证，可能会导致高估实际应力状态下的抗拉性能，并限制了材料增强抗拉能力的充分发挥。因此，基于直接多轴数据建立强度准则对于安全高效的设计至关重要。
对多轴强度的严格描述必须考虑偏应力效应。Lode角（或相似角）用于量化第三偏应力不变量J3，区分不同的拉伸和/或压缩组合，并提供一个连续参数来定位三维强度包络上的状态。然而，HS-UHTCC强度的Lode角依赖性尚未得到系统量化。因此，建立明确考虑Lode角效应的双轴拉伸-拉伸（T-T）和压缩-拉伸（C-T）载荷下的强度准则对于可靠的本构建模和HS-UHTCC结构的安全高效设计至关重要。
自Kupfer[10]首次开展混凝土双轴力学行为的研究以来，许多学者进一步推动了这一领域的发展[11]，[12]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[20]，[21]，[22]，[23]，[24]。总体而言，大量研究集中在混凝土材料的双轴压缩-压缩（C-C）响应上[12]，[13]，[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，[22]，[23]，[24]，一致表明侧向约束显著提高了抗压强度。相比之下，对混凝土的C-T和T-T行为的研究仍然有限[11]，[14]，[17]，[20]，[21]，[22]，[23]，[24]，且现有结果并不一致。早期研究表明双轴抗拉强度与施加的应力比无关[10]，[24]，而最新研究[25]发现T-T条件下的强度明显低于单轴条件，且在三轴拉伸下强度进一步降低。这些差异凸显了深入探索水泥基材料双轴抗拉行为和失效机制的必要性。
由于HPFRCC的复合性质，其双轴力学行为本质上较为复杂[26]，[27]，[28]，[29]，[30]，[31]，[32]，[33]，[34]，[35]。研究表明，加入钢纤维后，钢纤维增强混凝土（SFRC）在双轴载荷下能够保持显著的延性。然而，SFRC在C-T条件下的力学响应差异很大。Yu等人[26]指出存在一个临界约束阈值，超过该阈值后，主要抗拉强度对侧向压力的敏感性显著增加；而Mohamed等人[27]则报告了一个大致线性的关系，没有这种转变。此外，SFRC的双轴抗拉强度往往呈现非单调趋势，与普通混凝土明显不同，即随着应力比的增加而先增加后减少。
这些观察结果主要适用于应变软化的纤维增强混凝土。相比之下，通常含有聚合物纤维的SHCC[28]，[29]表现出明显不同的双轴响应。实验证明，在低侧向压缩下，其抗拉强度对应力比基本不敏感，与混凝土和SFRC有显著差异。此外，在等双轴拉伸下，SHCC的双轴抗拉强度相对于单轴拉伸有更明显的下降。表1总结了关于HPFRCC双轴性能的主要实验研究，清楚地表明该领域系统研究的匮乏。大多数现有研究集中在抗压强度低于100 MPa且抗拉应变能力极有限的HPFRCC上，因此HS-UHTCC的双轴行为尚未得到充分探索。因此，进行全面研究对于阐明纤维增强在多轴载荷下的作用机制以及建立可靠的强度准则至关重要。值得注意的是，由于水泥基材料的内在随机性，在位移控制载荷过程中很难保持恒定的应力比（如表1中标记的?所示）。
强度失效准则是材料本构建模的基本组成部分，对于准确的理论和数值分析至关重要。然而，由于实验技术的限制，大多数现有研究集中在普通混凝土[10]，[22]，[23]，[36]或表现出抗拉应变软化行为的纤维增强复合材料[27]，[37]上。迄今为止，高强度应变硬化纤维增强水泥基复合材料的双轴力学行为尚未得到系统研究，相应的强度失效准则也尚未确定。这一空白阻碍了HS-UHTCC本构模型和结构应用的发展，以及对其复杂力学行为的深入理解。
本研究对HS-UHTCC进行了系统的实验研究，包括五种应力比（α = ?0.05、?0.1、?0.25、?0.5、?1）下的双轴压缩-拉伸试验和四种应力比（α = 0.25、0.5、0.75、1）下的双轴拉伸-拉伸试验。实验涵盖了所有双轴应力组合，系统地表征了HS-UHTCC的多轴力学行为。获得了不同应力比下的应力-应变关系，并详细分析了应力比对双轴强度和变形的影响。研究了裂纹扩展和失效模式，以明确双轴载荷下的主导机制。进一步研究了多轴应力下的纤维桥接机制，以揭示其对HS-UHTCC宏观行为的贡献。基于实验结果，建立了一个基于Lode角的失效准则，并开发了一个三维失效面，以准确描述HS-UHTCC的多轴强度包络，为本构建模和结构分析提供了基础。
