近年来随着一大批高混凝土坝工程的相继建设,施工期温控防裂方面的研究也愈发受到重视。但对于施工期温度场的仿真精确快速仿真、大体积混凝土施工期温度裂缝开裂机理、动态扩展模拟方法,国内外至今还没有成熟的研究成果。本论文拟基于热-流耦合算法的大体积混凝土水管冷却精细模型,并结合并层算法,高效准确的模拟复杂环境条件下混凝土温度变化及分布情况。在混凝土开裂研究方面,建立基于随机骨料-界面-砂浆三相非均质细观分析模型,模拟通水冷却作用下大体积混凝土温度裂缝的发生、扩展全过程,并通过多种通水工况的系统分析研究探讨大体积混凝土的开裂机理、温控防裂措施以及抗裂安全评价标准。热流耦合分析方法在计算中能考虑水的流动特性,且可以利用热流管单元表征水管信息,无需真正模拟水管断面形状,即可达到精确模拟,极大简化了建模等前处理工作。本文编制并完善了基于热流耦合分析方法计算水管冷却问题的有限元程序,并分别通过典型的二维无热源非金属水管通水问题以及三维有热源非金属水管通水问题对该方法进行了验证。结果表明,热流耦合分析方法能较好模拟水温沿程分布、通水温度随时间变化情况以及各时刻混凝土温度沿水管径向分布规律,实际仿真效果良好。传统温度场仿真方法在计算精度、计算效率以及模型的前后处理难度上难以考虑周全。本文探讨了大体积混凝土整体局部一致性模型的快速建立方法,在此基础上采用并层算法进行基于热流管单元的温度应力场的多尺度仿真分析,从而有效解决数值模型的前后处理难度、计算精度与计算效率之间的矛盾。算例结果表明：合理采用并层分析能够在保证计算成果正确合理的前提下,极大降低计算过程中网格规模,控制计算过程中网格数目,从而能够有效降低时间,提高效率,使得大规模的精细计算成为可能。混凝土材料是极其不均匀、非连续的复合材料,从宏观角度进行研究容易忽略其内部复杂的细观结构,难以揭示材料变形和破坏的物理机制。为研究大体积混凝土在通水冷却等温度作用下的开裂过程和机理,本文在热流耦合算法的温度场成果基础上,采用三相细观非均质模型进行了混凝土通水过程的数值试验,首次在细观层面精确模拟混凝土通水冷却作用下的开裂过程。基于数值试验成果分析了裂缝扩展规律,并探讨了温度裂缝的产生机理：在初始条件以及边界约束条件确定的情况下,温度裂缝的发生主要受混凝土材料的非均匀性、混凝土温度的非均匀性以及整体降温幅度影响。混凝土材料的非均匀性导致了材料内部薄弱部位的存在；混凝土整体降温幅度直接导致材料因自身收缩而产生拉应力,而温度分布的不均匀性又导致了温度应力在时间和空间上的分布不均,造成应力集中区的存在。在混凝土内部,这三者叠加的最不利组合是最有可能产生裂缝的地方。根据裂缝产生特点提出了大体积混凝土温控防裂要点：即重点控制混凝土施工浇筑质量,整体上宏观把握控制降温幅度,局部上严格控制温度梯度保证温度分布均匀渐变,从而确保混凝土的抗裂安全。提出一套基于混凝土细观数值模型的抗裂安全研究的思路,在传统抗裂安全系数的基础上,引入温度非均匀系数、材料非均匀系数、安全储备系数,分别考虑温度、材料非均匀性的影响以及结构的真实安全度,力求使抗裂安全系数取值更物理意义及参考价值。分别推导求解了28d龄期以及90d龄期混凝土在通水冷却作用下各自的临界降温幅度及临界抗裂安全系数。相比较而言,该安全系数能够一定程度上反映通水水温以及混凝土细观非均匀性造成的影响,数值大小物理意义明确,更加直观,对传统的抗裂安全系数是一个合理的补充,值得更加深入、细致的后续研究。最后提出利用宏细观方法进行复杂边界条件下大体积混凝土温度应力及开裂的数值模拟,作为进一步深入研究复杂条件下混凝土抗裂安全标准的基础。