混凝土细观尺度随机建模与超声检测技术研究对于科学准确地探测和评价混凝土内部结构参数,预防岩土工程重大事故具有重大的理论与工程意义。本文针对混凝土结构中的裂隙和粗骨料开展随机建模,同时开展混凝土超声波模拟、超声信号时频域的衰减分析,研究了裂隙数量、开度和长度分布等裂隙参数和粗骨料球形度、粒径对超声波传播的影响,并完成了8通道低频超声相控阵的自主开发,取得了如下创新性研究成果:（1）针对混凝土内部结构复杂性和随机性无法用确定模型表征的问题,分别开展了裂隙和粗骨料的随机建模。裂隙被简化为非规则多边形,其形状、尺寸、空间位置、倾向和倾角等特征参数均由概率分布函数表征而不是某个确定的数值,通过指定裂隙的数量、长度、开度、方向等参数可构建随机裂隙模型;在粗骨料建模过程中,首次提出球体随机取点构建凸包的粗骨料颗粒生成方法和骨料投放过程中将骨料设置为刚体并在重力场作用下投放,实现了任意球形度的非规则骨料颗粒的生成和随机投放,并利用数值模拟的方法研究了粗骨料的球形度和粒径对超声波衰减的影响。（2）针对超声技术难以对混凝土细观尺度结构进行定量评价的问题,开展了随机裂隙介质的声波模拟和信号的响应特征分析。模拟超声波在混凝土中的产生、传播、散射及超声检测的接收信号,同时开展超声波物理测试实验,据此获得混凝土中超声波传播规律和超声检测信号,首次提出将超声信号的衰减在时、频域上同时展开,获得混凝土结构参数的衰减时频响应特征,为准确识别混凝土中粗骨料粒径、球形度分布以及裂隙长度、开度和数量等信息提供数据支持。（3）自主研制了一套8通道的低频超声相控阵检测系统。采用了NI公司生产的电压输入、输出模块和机箱,结合信号放大器和压电片搭建了该系统的基本框架,在MATLAB软件下自主编程实现了超声阵列延时聚焦和波束偏转,能够实现超声相控阵激励和数据采集的基本功能。利用该系统对混凝土中预制随机裂隙进行了探测实验,研究了不同裂隙模型的超声相控阵成像结果,揭示了两种不同尺寸预制裂隙数量的变化对超声检测结果的影响。该论文有图64幅,表4个,参考文献202篇。