混凝土在细观层次上可以看作是由粗骨料、水泥砂浆和二者之间的界面过渡区所组成的非均匀三相复合材料，其宏观性能有各相材料的性能、界面及其细观结构所决定的。目前混凝土材料力学性能的研究大多数是在实验的基础上，但是由于实验条件、方法、环境和材料本身等等的限制有些实验很难进行。近年来，随着数值计算科学与计算机水平的高速发展，数值模拟成为继试验、理论之后第三个研究自然规律的手段。本文就是建立在细观层次上的数值模拟研究。本文根据给定的试样尺寸，骨料级配、配合比、随机分布的特征以及最优级配公式，利用蒙特卡罗方法，产生骨料在试件中的随机位置，建立了模拟混凝土细观结构的数学模型。利用ABAQUS软件的二次开发编制了混凝土二维和三维骨料投放程序。采用命令流和网格渐进剖分法进行网格剖分，合理地生成骨料、界面、砂浆单元，同样计算精度的前提下，渐进网格自动剖分法比映射网格法数目少得多，计算速度快，尤其是三维细观有限元模型。应用建立的随机骨料细观有限元模型进行混凝土的单轴拉伸、劈裂、单轴压缩等数值实验，得到各数值试验下试件的裂缝萌生、开展过程和最终破坏形态以及对应的极限承载力，再由极限承载力和试件几何尺寸得出抗拉强度、劈裂强度、和抗压强度等力学参数。最后对随机骨料细观模型进行了三维扩展，模拟了三维状态下的轴拉试验。本文通过对混凝土开裂破坏过程的细观数值模拟分析，进而对混凝土材料裂纹的扩展、贯通、以及最后失稳破坏的破坏实质进行了有益的探索。