我国大部分地区处于寒冷地带,低温和冻融循环作用往往是导致混凝土性能劣化的主要原因。研究混凝土在低温和冻融循环环境下的断裂损伤性能和材料断裂的微观机理,具有重要的理论研究价值及现实指导意义。本文针对寒冷地区混凝土长期经受冻融作用的断裂损伤问题,分别从微观显微结构、机理分析、宏观力学性能及冻融后断裂面分形特征等方面进行细致研究,旨在应用断裂及损伤力学评价混凝土的冻融作用,揭示冻融损伤发展规律,为实现寒冷地区混凝土结构的抗冻耐久性设计、评估及寿命预测提供理论依据。对冻融作用后混凝土进行断裂试验,探讨冻融作用对混凝土断裂行为的影响,揭示混凝土断裂参数劣化特征;应用断裂力学的原理和方法推导了四点弯曲方法进行混凝土断裂韧度测试的计算公式以及断裂韧度测试的其他参数计算方法,对混凝土段韧度测试应用四点弯曲方法进行测试,对冻融作用下不同水灰比、引气剂、不同掺合料混凝土的断裂韧度、断裂能及劣化趋势进行了分析和探讨,混凝土的断裂韧度与相对动弹性模量之间具有良好的线性关系。利用显微观测技术,观察冻融前后混凝土内部微观裂纹及损伤特征,对比混凝土内部显微结构变化趋势,阐明冻融作用对内部结构的损伤机理;通过对混凝土断裂试验结果对比分析,确定改善混凝土冻融损伤的优化方案,利用显微观测方法分析各种掺合料对冻融耐久性的影响,并提出了合理化建议。利用损伤理论对冻融后混凝土导致的冻融损伤问题展开研究,建立混凝土冻融损伤的演化方程。用高强石膏直接在混凝土断裂试件的表面复型,短时间内即可准确取出相应三维形貌的断裂表面,便于高精度分割和无破损直接测试,。应用数字图像方法处理进行混凝土的宏观裂缝以及微裂纹的分维计算,相对于传统的测量方法具有精度高、速度快的优点。此方法可以用于混凝土的分形计算中。混凝土断裂面具有很好的自相似特征,可以用分形几何的理论和方法指导其分形特征的测试和评价。对冻融前后混凝土断裂面进行分形特征研究,将分形理论应用于混凝土冻融损伤研究中,为探索混凝土断裂面分形特征与断裂行为之间的内在规律以及建立相关的数学模型提供了重要的依据。混凝土断裂面具有良好的分形特点,冻融后混凝土断裂面断裂表面进行分维计算表明,其分形维数的方差非常小,线性回归的相关系数也非常好,测试精度比较高。可以将分形理论与混凝土的断裂理论结合起来,评价混凝土在冻融作用下的断裂行为。利用最小二乘支持向量机模型进行冻融作用下混凝土的断裂韧度和断裂能预测,不需建立方程式,模型的建立和修改容易,可处理被干扰的数据,具有较强的概括性,比较适合小样本状态现的机器学习问题。LS-SVM模型是通过对数据文件的自学习获得规律,进行趋势预测,但这种规律具有特殊性,会随着影响因素变化而发生变化,所以,需要在模型中添加数据更新的性能,使之进行不断重新学习获得符合实际条件的规律,使预测模型保持较高精度。