纳米材料有着优异的力学性能且在工程中有着巨大的应用潜力。石墨烯作为备受关注的二维纳米材料,具有优异的力学、电学、磁学、热学及光学等性能,这些独特的优势使得石墨烯在多种领域有着极大的应用前景。石墨烯是碳原子以sp~2杂化方式形成六边形碳环并在平面内无限拓展延伸构成的,这种结构在平面方向上具有稳定的力学性能,是目前已知的强度最大的材料。水泥基材料作为建筑材料的主要构成部分,其力学性能将对整个建筑结构起着至关重要的作用。因此,获得具有更好力学性能的水泥基材料也是研究者们不断追求的目标。研究者对石墨烯/水泥基纳米材料展开了一系列的探究,但仅局限在对实验现象的观察上,对石墨烯和水泥在微纳观层次上的相互作用和结合机理还有待开展更详细的探究。本文以二氧化硅和水化硅酸钙等水泥的主要成分为分子结构模型,在微观层面上探究了掺入石墨烯后的水泥基材料在拉伸、剪切、压缩荷载作用下的力学性能的变化和破坏机制,对比分析了带缺陷的多孔石墨烯的掺入对水泥基材料力学性能的影响,对更加复杂的模型的模拟研究进行了一定程度的改进。全文主要结论如下:（1）在石墨烯结构中引入孔状缺陷后,其极限应变随着缺陷的增加单调递减,随后在一定的缺陷占比范围内极限应变会在略低的固定值附近保持小幅变动,而杨氏模量和极限应力则随着缺陷的增加而单调递减。最重要的是,在很大的缺陷占比范围内,其极限应力和杨氏模量都比水泥基材料要高,表明这类低成本的缺陷或无序石墨烯结构可用于有效提高工程结构的机械强度及极限承载范围。（2）基于上述基础,本文进一步将多孔石墨烯分散到二氧化硅间隙中形成复合结构,通过模拟得到的应力-应变曲线证明多孔石墨烯提升了复合材料的力学性能。在此基础上,本文通过调控缺陷浓度、加载方式、多孔石墨烯体积分数和界面粗糙度等参数,系统性的探索了调控水泥基结构力学性能的多种方式。本文结果表明,多孔石墨烯的参杂能有效提高水泥基材料的强度及塑性特性。对复合结构界面处的局部应力状态的观测表明,石墨烯对二氧化硅表面层施加了拉伸应力,揭示了本文研究发现的复合材料极限应力减小的原因。而缺陷浓度、粗糙度的改变则增加了石墨烯和二氧化硅的界面的相互作用,拉伸和剪切性能都有较大的提升。压缩性能的提升不够显著,但是水泥基材料本身的压缩性能比较强,因此从整体来看,复合材料的力学性能是有较大的提升的。这些研究结果可以为低成本缺陷石墨烯增强水泥基材料提供理论基础。（3）作为水泥基的另一主要成分,水化硅酸钙的分子模拟仍是目前学术界的研究前沿,其结构和力学模型的研究均为挑战课题。本文采用了MIT课题组的水化硅酸钙分子结构模型作为研究对象,然而该结构的势函数模型在原子间距过近时趋向负值,与真实物理图像相悖,为解决这一问题,本文对Buckingham函数进行了部分修正。修正后的势函数对水化硅酸钙的模拟结果表明修正切实有效。更重要的是,该修正解决了由于非物理函数图像导致的结构塌缩等异常输出。本文最后对后续的水化硅酸钙与石墨烯的模拟进行了展望。