氯盐侵蚀作用下钢筋混凝土结构的锈胀开裂是导致结构耐久性失效的主要原因之一。锈胀开裂的研究对结构服役性能的评估和寿命的预测具有重要意义。对于锈胀开裂的研究,传统的试验手段是对试件进行破型后测量锈层、裂缝宽度等的特征参数,而试件内部的应变发展过程很难直接测量;通常的数值分析模型也将混凝土作为均质材料而忽略其微细观结构特征。为了动态地表征钢筋混凝土材料锈胀开裂过程,本研究采用X射线计算机断层扫描技术(X-CT)监测锈蚀试件内部形貌,并采用基于X-CT的数字体像相关技术(DVC)计算得到锈蚀试件的三维全场应变场、位移场。本文以此为研究手段对锈胀开裂进行了研究:(1)对待锈试件进行了 X-CT扫描,对CT图像中的粗骨料、气孔进行了三维重构,建立了包含粗骨料、气孔、界面过渡区和砂浆基体四相的细观数值模型。通过有限元软件ABAQUS的用户材料子程序实现了基于并联弹簧模型的弹塑性-细观损伤本构关系。细观模型中的砂浆相采用该本构关系,实现结构和本构两层次上的细观性质。(2)用X-CT对通电加速锈蚀的钢筋砂浆试件进行了监测,对钢筋、锈蚀产物、气孔等各相进行了图像分割和三维重构,用DVC技术获得了锈蚀试件的应变场、位移场,对锈蚀分布、裂缝发展等进行了讨论。(3)用X-CT对通电加速锈蚀的钢筋混凝土试件进行了监测,对钢筋、锈蚀产物、裂缝、粗骨料等各相进行了图像分割和三维重构,用DVC技术获得了锈蚀试件的应变场、位移场,对锈蚀、应变、裂缝等的分布和发展进行了讨论。最后,对多个随机骨料模型进行了锈胀开裂模拟,以蒙特卡洛的方法研究了锈胀裂缝演化过程中的概率问题。