已有试验及研究结果表明，混凝土材料的宏观破坏过程与其细观(或微观)的非均匀性是密切相关的，粗骨料和水泥砂浆之间的界面层是混凝土中最薄弱的环节。在细观尺度范围内进行混凝土破坏过程的研究对于了解混凝土的宏观破坏机制等是非常有用的。论文基于多尺度研究理念，建立混凝土细观力学模型，并通过试验获得各相材料的力学性能，最后通过数值模拟得到混凝土的宏观力学性能与破坏机理。主要工作与成果包括以下几方面内容：　　 基于离散单元法和多刚体.弹簧法，考虑混凝土由水泥砂浆、粗骨料以及二者的界面层(零厚度)组成，建立混凝土的二维细观力学模型。通过单元之间连接弹簧的破坏，表征混凝土材料开裂后由连续体向不连续体的转变。弹簧破坏后，单元间由连接关系转化为接触关系。模型采用理想弹塑性的弹簧本构，以及试验中获得的压剪耦合的破坏准则。受力过程采用离散单元法的动态松弛求解方法，避免了传统多刚体-弹簧法中对整体刚度矩阵的求解过程。　　 采用自行设计的压剪、拉剪耦合受力试验装置获得水泥砂浆在压剪、拉剪耦合作用下的破坏准则。试验发现，压应力比(截面压应力与轴心抗压强度之比)大于0.6后，压应力的提高对水泥砂浆抗剪强度的提高再无有利贡献。采用具有相似表面粗糙度的大理石替代混凝土中的卵石粗骨料，用于界面粘结性能的研究。采用现场检测仪器Pull-out Tester试验得到的界面粘结抗拉强度大约为水泥砂浆抗拉强度的1/2。采用带有不同倾角大理石骨料的棱柱体试件获得界面压剪耦合作用下的破坏准则。结果发现，倾角大于50°后，界面粘结抗剪强度随着界面正应力的提高而降低；界面内摩擦角约为35°。　　 采用C++语言开发了混凝土材料破坏过程仿真系统。前处理模块可以对不同骨料级配的混凝土建立二维几何模型，对细观单元材料属性进行定义和考虑其不均匀性。核心计算过程实现了位移荷载施加、动态松弛求解过程、试件应力-应变关系的获取等。后处理模块可对试件受力过程中位移、裂缝发展以及单元破坏方式(受拉、拉剪、压剪以及受压破坏)进行分步查询显示和动态演示。　　 对影响数值仿真结果的几何参数、计算参数、力学参数分别进行了分析。综合考虑计算时间与计算精度的要求，选取数值模型的单元尺寸为2.5mm。数值模拟与已有尺寸效应研究结果的对比发现，材料抗压强度满足Carpinteri尺寸效应律，抗拉强度满足Webull尺寸效应律。借助尺寸效应律，将宏观试验获得的水泥砂浆及界面力学性能参数转化为了细观力学模型中单元的力学性能参数。　　 将仿真系统对水泥砂浆以及混凝土试件的数值模拟结果与试验结果进行了详细比较和分析，结果表明提出的数值模型以及仿真系统可以较真实地反映混凝土受力后的力学行为以及破坏形态，并得到理想的应力-应变全过程曲线。数值模型对高强度等级混凝土的模拟效果比低强度等级好。细观层次上，混凝土中的界面以单元的受剪破坏为主，水泥砂浆以单元的受拉破坏为主。　　 对切割试件截面上的骨料分布信息进行了提取并建立二维几何模型；数值模拟以及试验结果的统计分析表明，二维模型能够模拟出三维试件表面的破坏形态，且试验得到的轴心受压应力-应变平均曲线位于数值模拟得到的统计平均曲线的1倍标准差范围之内。　　 通过数值模拟以及试验结果的统计分析发现，混凝土宏观强度的变异性，是初始缺陷、细观材料不均匀性以及粗骨料分布的随机性等因素综合作用的结果。混凝土内部的初始缺陷以及细观材料力学性能的不均匀性是混凝土产生塑性变形的主要因素。数值模拟还发现，粗骨料分布的随机性，对混凝土各项力学性能指标都有较大影响。由于骨料分布的随机性使得混凝土强度、弹性模量以及泊松比的分布均呈正态分布。　　 结合已有研究成果，论文最后指出：仅靠二维平面模型来研究混凝土破坏过程仍有局限性，如果将二维模型向三维模型拓展，需要解决如计算时间、空间接触判断、三维空间骨料分布信息的获取等关键问题。此外，还需借助材料力学等手段在细观尺度上获得真实的细观单元力学性能，并考虑混凝土中初始缺陷以及孔隙率的影响，以期获得更准确的数值模拟结果。