在水利工程结构服役的过程中,混凝土受到外荷载和环境因素作用,不可避免地会产生微裂纹,微裂纹的扩展、连通则会显著影响混凝土结构的渗透性能,甚至威胁工程的安全。混凝土的渗透性与内部裂纹结构密切相关,如何准确地描述混凝土裂纹网络的结构特征并生成数值模型,受到人们关注的关注。本论文围绕混凝土的渗透性能,以建立微观裂纹结构与宏观渗透性能的联系为目的,从宏观物理试验、微观结构观测和数值模拟等角度展开系统研究。论文获得的主要研究成果包括以下几个方面:(1)从宏观试验角度研究“浇筑层面”对混凝土渗透性能的影响,主要考虑不同浇筑间隔时间和处理方式的作用。试件采用分层浇筑的方式,根据初终凝时间将浇筑层面类型分为本体、热缝、温缝和冷缝等四种类型,对不同类型的浇筑层面进行压水渗透和电学渗透试验,结果显示浇筑层面的渗透系数与初始电流的线性相关系数在0.90以上,表明可用电学试验快速评价浇筑层面的渗透性能。不同层面处理方式对混凝土的渗透性能有着重要影响,其中铺筑掺入PVA纤维的改性砂浆可明显提高浇筑层面的抗渗性能。(2)从微观试验角度研究“浇筑层面”的结构特征。扫描电镜观测结果表明热缝层面附近的水化产物紧密,冷缝层面附近出现连续的疏松多孔区;显微硬度试验结果表明界面过渡区的宽度约为40μm,热缝层面过渡区的宽度约为60μm,温缝层面过渡区的宽度约为80μm,冷缝层面过渡区的宽度超过100μm。荧光显微观测结果表明浇筑层面的微观裂纹可以分为基体裂纹、粘结裂纹和层面裂纹三种类型;微观裂纹长度服从对数正态分布;渗透变量?值曲线可表征裂纹的方向,随着浇筑层面粘结变弱,?值曲线由圆形逐渐趋于扁椭圆形,表明裂纹网络方向由各向同性逐渐趋于各向异性,同时裂纹网络的优势方向逐渐趋向顺浇筑层面。(3)基于嵌入单元技术的数值方法,模拟三维裂纹网络的渗透性能。单元嵌入技术可以将裂纹嵌入到基体中,使得裂纹和基体独立划分网格,解决了传统三维连续裂纹模型网格划分的困难。将单元嵌入技术和弹性比拟方法结合,通过应力应变场的退化比拟得到对应的渗流场,实现了三维裂纹网络的渗透性模拟。基于三维周期裂纹网络、随机裂纹网络和浇筑层面过渡区裂纹网络等不同模型,验证有效介质理论模型的适用范围,并分析不同结构参数对渗透性能的影响。