在细观层次上，混凝土被视为由粗骨料、水泥砂浆基体及二者间的粘结带组成三相非均质复合材料。本文首先基于蒙特卡罗随机抽样原理，用“取和放”方法在计算机上产生形状、尺寸和骨料颗粒分布与真实混凝土相类似的随机骨料结构，使用有限元分析软件ANSYS对骨料区域及砂浆区域分别划分网格，并编程在骨料和砂浆之间生成三角形三结点可控制厚度粘结单元，从而使三相网格缝合为一个整体，为混凝土非线性有限元分析提供细观计算模型。 其次，为了研究混凝土内裂缝形成、扩展，追溯从损伤至断裂的全过程，预测材料的破坏抗力等力学指标，建立混凝土的细观结构与宏观性能之间的关系，本文基于现有研究成果，完善了适合于细观研究的非线性有限单元法。采用结合抗拉强度和开裂韧性的综合破坏准则，允许裂缝扩展时缝尖单元进行应力重分布，并采用控制位移增量迭代法，揭示出混凝土峰值后的软化行为。 研制了功能强大的图像处理软件，可直观动态地模拟混凝土数值试件破坏的全过程，输出任一时刻的变形、裂缝图像。 最后本文应用仿真程序模拟混凝土在单轴受拉、单轴受压及各种拉压组合下双轴受力时的整个加载过程，分析了骨料颗粒随机分布对混凝土宏观力学性能的影响，在从细观结构预测宏观特性、细观破坏机理对宏观反应的影响等方面得到了一些重要的结论。认为混凝土细观单元的拉伸损伤是最后形成宏观裂纹的主要原因，观察到“骨料拔出现象”和“裂缝面桥现象”等实际混凝土实验中常发生的现象。计算得到混凝土的弹性模量、单轴抗拉和抗压强度等宏观力学参数，发展了混凝土计算强度。