混凝土是目前应用最为广泛的建筑材料之一,是一种复杂的复合材料,其力学性能主要依靠内部各相材料的力学性能。混凝土的力学性能一直是土木工程领域的研究重点。许多研究成果表明,混凝土的损伤破坏不仅发生在宏观尺度,大量损伤发生在细观尺度,因此对混凝土细观尺度下的损伤以及宏观尺度下的损伤断裂研究非常有必要。本文基于细观力学理论运用声发射技术以及数值模拟对混凝土单轴压缩的力学性能进行研究。制备三种不同骨料的混凝土试件研究混凝土中骨料对其力学性能的影响。在试验部分利用声发射技术对混凝土的损伤演化过程进行动态监测。同时运用混凝土细观数值模型模拟混凝土的细观损伤,并将模拟结果与试验对比。本文主要工作如下:(1)归纳总结了声发射技术的原理,详尽说明声发射各种参数的意义,重点介绍能量、到达时间、振铃技术等参数,便于利用参数进行混凝土损伤分析。制定了完整的试验流程,介绍各个试验仪器以及试验平台的搭建。(2)分别制备含有椭球形骨料、粗多面骨料、细多面体骨料的混凝土立方体试件,对其进行单轴压缩实验,使用声发射设备对整个损伤演化过程进行动态监测。根据应力应变曲线将混凝土的破坏过程分成预存细观损伤阶段、细观裂纹起裂阶段、微损伤发展阶段、裂纹成型阶段四个阶段,并根据试验结果将混凝土的破坏形式分为剪切破坏、剪切加劈裂破坏和劈裂破坏三种。(3)通过不同阶段声发射参数特征,分析混凝土损伤过程。通过声发射的数据点云图分析得出三种骨料的混凝土中,椭球形骨料混凝土的初始微裂纹数量最少,粗多面体骨料中的初始微裂纹数量最多,在加载的早期阶段由于初始的微裂纹会产生低能量的撞击信号,随着荷载增加,信号也会随之增强,并且能量值会出现突发释放的现象。(4)详细介绍了随机骨料模型并总结了该模型的优点。使用MATLAB编程生成了单个的骨料模型,结合蒙特卡洛随机数生成的骨料投放点坐标将骨料模型投放到试件中。根据细观力学理论,将混凝土看做由骨料、水泥化合物以及界面组成的三相复合材料,使用CDP塑性模型对三相分别赋值,划分网格并进行静态的单轴压缩模拟。(5)分析模拟结果和试验结果发现在混凝土试件中骨料是决定混凝土力学性能的最重要的成分,在三种骨料中,椭球形骨料的力学性能最好。在试验中,混凝土的破坏是从细观微裂纹的扩展演化开始;在模拟中,模型的破坏从界面单元开始并扩展,试验和模拟的结果一致。混凝土的宏观力学性能受到细观结构的制约,细观结构的的损伤是引起宏观破坏的起因。说明随机骨料模型的准确性,但由于假设的模型是比较理想的状态,不存在初始的微裂纹,模拟结果依然存在局限性。