混凝土作为当今社会广泛应用的一种建筑材料,在土木工程领域发挥着不可或缺的作用,混凝土力学性能与结构安全性和建造的经济性密切相关。在宏观层次上,通常将混凝土视为均质、连续材料,采用线弹性假设进行结构设计。但是在细观层次上,混凝土是由水泥砂浆、粗骨料、界面过渡区以及孔隙等构成的非均质、不连续材料。正是由于细观层次上的非均质特性,导致混凝土的力学行为在宏观层次呈现出离散性和非线性特征。因此,应当从细观层次甚至微观层次上对混凝土进行更加深入的研究,深化对混凝土力学行为的认识。本文以细观理论为指导,借助CT技术和分形理论对混凝土的细观结构及其分形特征加以研究,主要包括以下几方面内容:(1)为获得混凝土及其各组分力学指标,进行了力学试验,即混凝土力学试验,包括立方体抗压强度试验和弹性模量试验;混凝土各组分的力学实验,包括水泥砂浆和岩石的弹性模量试验。(2)借助CT技术,获得了混凝土内部结构的断层图像,经图像增强与图像分割后将其转化成为了包含水泥砂浆和粗骨料的二值图像,并进一步将其应用于混凝土立方体模型的三维重建。通过MATLAB编程消除了骨料之间的粘连,并对骨料边缘进行了平滑处理,从而建立了反映混凝土细观结构的三维模型。(3)采用分形理论对混凝土断层图像和三维模型的几何性质进行了描述,以分形维数定量表征。通过分析断层图像和三维模型分形维数之间的关系,发现两者的相关性较差,混凝土的几何性质用三维模型的分形维数表征更加准确。(4)通过对骨料级配指数与混凝土分形维数之间的相关性进行分析,讨论了骨料级配对于混凝土几何性质的影响。考虑到混凝土宏观的力学性能与其细观结构有关,分析了混凝土的分形维数对其立方体抗压强度、弹性模量以及泊松比的影响,并对其现象成因与内在机理进行了解释,认为混凝土细观结构与其宏观力学性能之间存在紧密联系。