水泥基复合材料因其固有的脆性和较低的抗拉强度,在工程结构服役中不可避免会发生开裂。结构材料中的裂纹及裂纹网络能引起基体材料性能的劣化,并使多种劣化过程加剧,降低结构的服役寿命。胶囊法自修复系统为水泥基材料基体开裂的修复和有效地延缓潜在危害提供了一种可行的方法。本课题基于服役过程中水泥基材料所产生的裂缝形貌、尺寸信息、空间分布格局等特征,以及掺入胶囊的掺量、形貌等信息,从学科交叉研究的角度,建立了微胶囊自修复水泥基材料内自修复胶囊的修复效率模型,并对修复效率进行分析和预测。本研究将充实胶囊法裂缝自修复水泥基材料的设计理论,为胶囊法自修复水泥基材料工程化提供理论参考。以“均匀化理论”和“复合材料理论”为理论基础,对微胶囊自修复复合材料的微观结构进行表征。根据均匀化理论思想和周期性多尺度建模,建立了微胶囊自修复水泥基材料具有代表性能的微观组织结构的代表体积单元（RVE）。从裂缝迫使胶囊发生破裂的概率角度出发,应用定量体视学和几何概率方法开展针对水泥基材料胶囊法自修复效率研究,建立了裂缝-胶囊相遇的解析模型,并以单位裂缝面积内所释放修复剂的量作为效率参数,研究了胶囊随机分布情况下胶囊掺量、尺寸、形貌（球形和球柱形）等特征对自修复效率影响。结果表明,随着胶囊掺量、尺寸的增加,自修复效率也增加。在同等掺量情况下,球柱形胶囊的自修复效率未必一定高于球形胶囊,此效率值还与球柱形胶囊的长径比和球形胶囊的尺寸大小有关。借助于文献中已有研究数据,验证了所建立模型结果的准确性。基于扩展有限元（XFEM）方法,对自修复水泥基材料进行二维单向拉伸荷载下基体裂缝扩展模拟。三维情况下,模拟了基材受压条件下胶囊不同形状、尺寸和掺量情况下,自修复模型材料微裂缝的产生、扩展、断裂过程,得出在裂缝断裂面上微胶囊的体积分数。以自修复水泥基模型材料自修复前后弹性模量的改变量来表征修复效率,模拟研究了不同微胶囊掺量、尺寸、形貌特征等参数对微胶囊自修复水泥基材料断裂前后弹性模量的影响。结果表明,基于本文的理想设定胶囊掺量为3%时,球形和球柱形胶囊形貌下自修复效率均达到最大值,且球柱形胶囊的效率值高于球形的。同时,微胶囊直径为400μm时,球形微胶囊自修复水泥基材具有较高的修复效率。