混凝土细观力学分析方法及数值模拟可以建立混凝土宏观力学性能与其细观组分材料间的关系。与传统的混凝土宏观试验相比,混凝土细观力学数值模拟可以解决宏观试验的试验条件限制与费时、费力的缺陷,但是如何选择更加合理的计算模型以及拓展应用场景仍需要进行相应的补充研究。本文完成了混凝土随机骨料细观模型建模、混凝土失效破坏的数值模拟和细观材料取值参数分析,建立了混凝土多尺度数值模型并在宏观尺度下进行拓展应用,完成混凝土裂缝自愈合观测试验的同时通过细观分析方法对试验过程进行数值模拟,完善了混凝土细观模型的建模方法并为细观力学的仿真研究提供了更多的应用场景。基于混凝土细观力学分析方法,针对随机骨料模型在建模过程中骨料和界面过渡区域的生成方法、粘结单元的嵌入模式和材料参数的选择进行了研究分析。建模过程中,实现了几何模型的全流程自动建模,同时给出了材料信息的推荐取值,形成了一套完整的基于细观力学的混凝土有限元模拟方法论。同时基于细观模型实现了混凝土在受拉和受压作用下失效破坏过程的数值模拟,相比于宏观模型,可以更为直接得观察到混凝土失效破坏过程中的裂缝形貌变化。对混凝土细观数值模型中的重要材料参数进行了控制变量分析并将数值分析结果与规范要求进行了对比论证。混凝土细观模型中,骨料的形状与分布情况会改变裂缝的开展形式与位置,增大界面过渡区域的抗拉强度的可以增大混凝土的整体抗拉性能,同时其弹性模量对混凝土的受拉性能没有直接影响,细观材料间的相对强弱关系会直接影响裂缝的开展方式。为提高计算效率,给出了多尺度模型的建模方法论,基于此模型对竖向荷载作用下的混凝土梁的开裂破坏过程进行了模拟,直观看到梁中部区域的竖向裂缝开展过程。创新性地将内聚力模型应用在混凝土宏观层面进行开裂过程的数值模拟,实现了混凝土短柱在单向压缩失效破坏过程的受剪破坏的模拟效果。基于混凝土裂缝自愈合过程通过预制裂缝的方式对混凝土裂缝自愈合过程中裂缝的整体形貌、生成物及裂缝自愈合效果进行了为期180天的记录和研究。在观测试验的基础上,借用ABAQUS中的“生死单元”技术,结合蒙特卡罗方法和单元等效化的思想,实现了对混凝土裂缝自愈合过程的数值模拟,并计算了生成物的材性,从而丰富了混凝土裂缝修复成果的评价方法。研究表明,本文提出的混凝土细观模型的建模方法论可以有效地提升建模过程的效率,同时可以直观地表现出混凝土失效破坏过程中裂缝的开展过程。在此基础上,在宏观层面进行内聚力模型应用可以在保持模拟开裂效果的同时保持较高的计算效率。基于试验观测结果提出了包含时间变量的裂缝自愈合数值模型,直接从细观材料层次对混凝土裂缝的修复效果进行量化评价。