随着现代科技的发展,如何使得材料实现自修复功能已成为材料领域研究的热点。目前针对水泥基材料自修复的研究很多,微胶囊自修复作为比较常用的被动修复方法之一,受到了越来越多的关注。采用微胶囊方法进行水泥基材料自修复时,研究学者多采用微胶囊封装液态胶粘剂,将其植入水泥基材料中,分析修复前后水泥基材料的力学、耐久性能,评价微胶囊的修复效率。而将微胶囊方法应用于水泥混凝土路面中,对其在车辆、环境荷载下开裂行为的研究则未见报导。应用微胶囊方法对水泥混凝土路面进行自修复的首要条件是保证其能够承受车辆及温度荷载的作用而不发生提前破裂,即微胶囊的囊壁材料应具有一定的抗裂性;而应用的最终目的则是在路面出现裂纹时,裂纹能够穿破微胶囊,即微胶囊的囊壁材料应具有一定的可裂性,基于此研究目的,本文开展了自修复微胶囊在水泥混凝土路面中的开裂行为研究。与宏观路面尺寸相比,微胶囊的尺寸比较小(通常小于1000μm),在同一尺度对两者进行研究不现实,必须采用多尺度方法。本文建立两尺度宏-细观分析模型对微胶囊的力学行为进行分析,在宏观尺度,将含微胶囊的自修复水泥混凝土视为各向同性的均质材料,在细观尺度,视为水泥混凝土和微胶囊组成的两相复合材料。在尺度划分的基础上,根据微胶囊的掺量及水泥混凝土的配合比对各尺度材料的体积分数进行计算,作为微胶囊修复水泥混凝土材料的等效热力学常数预估的基础。同时,对细观尺度几何模型的建立方法进行介绍。加入微胶囊之后,水泥混凝土的等效热力学参数将受到一定的影响,本文采用复合材料细观力学理论方法,从微观尺度出发对水泥混凝土的等效弹性常数进行预估,并采用有限元数值模拟方法进行验证,说明理论方法的可行性。在此基础上,将囊芯简化为不可压缩固体,采用理论方法对微胶囊的等效热力学参数进行分析,并将微胶囊作为水泥混凝土中的一项夹杂,对含微胶囊的水泥混凝土的等效热力学参数进行预估。引入耦合多尺度方法,对车辆与温度荷载耦合作用下自修复水泥混凝土中微胶囊的应力进行分析。根据耦合多尺度的原理,对细观模型施加周期性边界条件,在此基础上,根据合适的强度准则寻找模型的应力敏感单元,提取应力敏感单元高斯积分点处的应变分量,并将其作为细观模型的平均应变施加至细观模型,依此对微胶囊的囊壁应力进行分析。此外,对可能影响囊壁应力水平的因素,如囊壁弹性模量、囊壁厚度/囊芯半径比、微胶囊尺寸及超载作用进行参数敏感性分析,对微胶囊的抗裂性进行评价。当混凝土中出现裂纹时,裂纹的扩展能够穿破微胶囊,是微胶囊修复的最终目的。将微胶囊掺加于水泥混凝土路面中,微胶囊与水泥混凝土之间的界面强度可能会影响裂纹的扩展路径,本文联合采用扩展有限元及内聚力模型的,对水泥混凝土路面中微胶囊的可裂性进行分析。裂纹在水泥混凝土中的扩展采用扩展有限元模拟,在微胶囊与水泥混凝土界面则采用内聚力模型模拟。此外,分析囊壁弹性模量、囊壁厚度/囊芯半径比及粘结强度对微胶囊囊壁可裂性的影响,对微胶囊的可裂性进行评价。本文建立的水泥混凝土路面中自修复微胶囊的抗裂性和可裂性分析方法能够为微胶囊修复在水泥混凝土路面中的应用提供参考,有助于微胶囊设计参数的优化,对适用于水泥混凝土路面的微胶囊囊壁弹性模量、囊壁厚度/囊芯半径比、微胶囊尺寸及微胶囊与水泥混凝土基体之间的粘结强度提出合理化建议。