超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)凭借其超高力学性能和优异的耐久性能,在桥梁工程、军事工程及核电工程等领域获得应用,但在水利工程中的应用仍然较少。本文通过优化胶凝材料体系及养护条件,研制出一种适用于水工建筑物的高致密增韧混凝土(High-dense and toughened concrete,HDTC)。首先,针对材料的力学性能、钢纤维增韧机理、耐久性能及体积稳定性开展一系列试验研究。然后对高致密增韧混凝土非均质性表征方法进行改进,引入空间相关长度以表征钢纤维的空间分布聚集程度,采用数值手段对钢纤维增韧机理进行探究。最后,将高致密增韧混凝土推广应用于板桩码头的初步设计。本论文主要完成了以下具有创新性的研究工作:(1)根据水工建筑物的工作特点,研制出具有良好力学性能、耐久性能及体积稳定性的高致密增韧混凝土。(2)研究了高致密增韧混凝土的基本力学性能、钢纤维增韧机理、耐久性能及体积稳定性,为性能优异的高致密增韧混凝土在结构设计及其应用推广提供理论与技术支撑。(3)通过引入空间相关长度建立可表征混凝土钢纤维分布聚集程度的细观力学模型,开展数值仿真试验,揭示了钢纤维增韧机理。(4)分别基于普通混凝土和高致密增韧混凝土对某板桩码头中的前墙结构进行截面初步设计。从工程造价和受力结果方面,对比了普通混凝土与高致密增韧混凝土的差异。