混凝土作为最常见的建筑材料之一,在水利工程和土木工程中得到了广泛应用,其在服役过程中的裂缝问题一直是国内外专家学者关注的重点。混凝土材料的断裂特性不同于金属的脆性断裂,最大特点是具有很强的非线性,其中断裂过程区(内聚区)的存在是非线性最好的表征,所以断裂过程区特性问题一直是混凝土断裂问题研究的重中之重。但目前在断裂过程区的解析和复合应力条件对断裂过程区特性影响方面的研究尚不够深入。为此,本文针对复合应力条件下混凝土断裂过程区问题,采用理论分析、断裂试验和数值模拟三种方法对其展开深入研究,主要研究工作如下:(1)基于Duan-Nakagawa模型,采用加权积分法,提出一种满足虚拟裂纹张开位移条件应力函数的半解析解法。结合边界选点法,通过叠加含有相同裂纹长度但断裂过程区长度不同的解析函数,得到满足给定裂纹张开位移的权函数,进行加权积分得到相应的应力函数和位移函数,即虚拟裂纹模型的解析解。以带板对称边裂纹I型问题为例,对此方法进行了应用,计算得到问题的解析解,并成功导出相应的拉应变软化曲线和断裂能,验证了该方法的合理性和可行性。(2)以单支点楔入式紧凑拉伸试件为研究对象,对I型裂纹在受弯曲作用时的断裂特性进行研究。采用边界配置法,求解得到试件应力函数的级数表达形式。根据求得的应力函数对应力强度因子进行计算,结果表明所求应力函数和应力强度因子具有更高的精度;采用加权积分法求解得到了问题的虚拟裂纹模型近似解。(3)以双支点楔入式紧凑拉伸试件为研究对象,对I型裂纹在受平行裂纹方向压力作用时断裂过程区特性进行研究。采用边界配置法求解得到应力函数的一般解;进行双支点楔入式紧凑拉伸试验,采用数字图像相关法(DICM)分析得到断裂过程区的尺寸和其内部张开位移的分布。研究分析了平行裂纹方向压力对断裂过程区特性的影响,结果表明,随着平行裂纹方向压力的增大断裂过程区的尺寸逐渐减小,起裂峰值荷载逐渐减小,说明平行裂纹方向压力对混凝土断裂参数的影响不容忽视,并对影响因素进行了初步分析。最后,结合得到的应力函数一般解和断裂过程区的长度及张开位移分布,采用半解析解法求解得到双支点楔入式紧凑拉伸试件虚拟裂纹模型解析解,并得到了材料的拉应变软化曲线和断裂能。(4)以一混凝土重力坝为研究对象,对混凝土在压剪弯应力状态下断裂特性进行了研究。采用边界配置法对其应力函数进行了求解;根据材料强度的不同,重力坝裂纹发展形式分为压剪(II型)破坏和I-II复合型破坏,分情况对断裂特性进行了分析研究。当开裂形式为II型破坏时,采用加权积分法,求解得到表征剪切软化特性的虚拟裂纹模型解析解;当开裂形式为I-II复合型破坏时,基于最大周向应力准则,计算得到开裂角度,与数值仿真的结果吻合较好。(5)以求解得到的拉应变软化曲线和断裂能作为材料参数,采用数值模拟和理论计算的方法对双支点楔入式紧凑拉伸试验进行断裂全过程分析,得到结果与断裂试验结果吻合良好,进一步说明了断裂过程区解析解的正确性。进行其他加载倾角的模拟仿真,得到的平行裂纹方向压力对断裂特性的影响规律与试验所得结论相同。最后,对断裂过程区特性的尺寸效应进行研究,发现随着缝高比的增加,断裂过程区的尺寸逐渐减小;但对张开位移影响不大。