混凝土的断裂是工程中普遍存在的问题,其断裂过程经历从线弹性到微观裂缝起裂聚集形成宏观裂缝,宏观裂缝扩展直至完全破坏的跨尺度全过程。目前,将混凝土的断裂过程分为裂缝起裂、稳定扩展、失稳扩展,忽略了宏观裂缝起裂、扩展过程,导致难以充分挖掘、发挥材料、结构的剩余承载力、抗裂性能、韧性、变形能力。明确宏观裂缝起裂时刻对准确评估混凝土的抗裂性能、韧性等至关重要,采用宏观裂缝起裂时刻作为含强支撑作用的刚性道面结构失效前的判定准则更加合理。鉴于此,本文通过室内试验、理论分析、数值模拟相结合的手段,探究了混凝土三点弯曲梁断裂特性,提出了混凝土四阶段断裂模型、断裂准则,确定了混凝土四阶段断裂模型的断裂控制参数,基于损伤塑性模型、粘聚裂缝模型,构建了模拟混凝土三点弯曲梁损伤、断裂的数值模型,以数值模拟为研究手段验证了混凝土四阶段断裂模型的合理性,最后将混凝土四阶段断裂模型应用于刚性道面板断裂全过程研究。主要研究内容及成果如下:采用数字散斑等手段,实时监测了混凝土纯I型、I-II复合型断裂过程中位移场、应变场、断裂过程区等的分布、演变规律,结果表明,断裂全过程中预制裂缝尖端张开位移、水平应变等均随荷载百分比的变化表现为明显的四阶段特性。断裂过程区受前边界效应、应力集中效应、韧带效应、后边界效应等影响,在80%峰值荷载时刻开始形成并不断扩展,达到峰值荷载后的60%完全形成,随后不断向梁后边界扩展直至基本消失。基于室内试验观测结果,借鉴混凝土双K断裂、双G断裂理论,提出了混凝土四阶段断裂模型、断裂准则。通过引入微观裂缝起裂断裂韧度、宏观裂缝起裂断裂韧度、完全破坏时的断裂韧度来判定微观裂缝起裂、宏观裂缝起裂、结构完全破坏的临界条件。采用电阻应变片法、积分解析法、极限应变近似法等确定了混凝土四阶段断裂模型的断裂控制参数。研究结果表明,四阶段断裂参数无明显尺寸效应,随强度、软化曲线参数等的变化而变化,表明其能反映材料力学性能。构建了基于四阶段断裂参数的KR、GR简化阻力曲线,该简化阻力曲线具有明确函数表达式,不仅能合理的描述混凝土四阶段断裂全过程,同时适应于裂缝发展的稳定性分析。基于混凝土损伤塑性模型,实现了混凝土三点弯曲梁损伤-断裂过程数值模拟,主应力、损伤演变规律进一步验证了前文提出的四阶段模型的合理性。通过对损伤分布特性的影响因素分析,表明强度、软化曲线参数等对损伤分布、峰值荷载、峰后软化曲线形状等产生不同程度的影响,V型预制裂缝能加速梁诱发损伤断裂。提出了确定双K、双G断裂参数、混凝土四阶段断裂参数的数值方法,数值方法确定的断裂参数和前文确定的断裂参数结果吻合良好,具有较高精度,证明了其在确定上述断裂控制参数时的有效性。基于粘聚裂缝模型的扩展有限单元法实现了混凝土三点弯曲梁I型、I-II复合型裂缝动态扩展数值模拟,与试验结果对比验证了模型的准确性。数值模拟结果表明,无论I型裂缝、I-II复合型裂缝的动态扩展全过程均可用混凝土四阶段断裂模型加以描述。通过影响因素及敏感性分析表明,弹性模量、极限抗拉强度对I型裂缝扩展特性影响最显著,泊松比影响相对较小,II型裂缝扩展特性的主要因素为初始裂缝长度、弹性模量、初始裂缝位置,I型断裂能和泊松比影响相对较小。将混凝土四阶段断裂模型应用于机场刚性道面水泥混凝土板的断裂全过程研究。基于哈尔滨工业大学构建的刚性道面融雪试验平台,建立了足尺刚性道面结构三维有限元数值模型,开展现场FWD试验,验证模型的准确性。基于混凝土损伤塑性模型实现了刚性道面结构损伤、断裂过程数值模拟,引入三个临界荷载-P_micro、P_macro、P_failure,确定刚性道面水泥混凝土板处于不同临界断裂时刻对应的临界荷载,作为刚性道面水泥混凝土板断裂四阶段的断裂控制参数,提出了刚性道面水泥混凝土板的四阶段断裂准则,推荐采用刚性道面水泥混凝土板宏观裂缝起裂时的临界荷载作为判定刚性道面结构破坏或失效的判定准则。研究结果为合理控制刚性道面的断板破坏提供控制标准。