混凝土是土木工程中应用最为广泛的建筑材料之一。随着混凝土工程结构服务年限的增加,结构安全性和稳定性的监测越来越重要。因此,能够通过可靠的无损检测手段对混凝土结构损伤状态进行判定和定量评价,对工程结构安全性具有重要意义。尾波干涉法（CWI）是一种应用于监测多重散射介质中微小速度变化的无损评估技术,其基于尾波对介质中散射体细微变化非常敏感的特性。事实上,混凝土是一种复杂的多相复合材料,这为尾波发育提供了良好的条件。本文从试验研究、理论分析、数值模拟三方面出发,系统地研究了不同强度的混凝土在单轴单调加载和循环加载作用下其超声尾波特性,超声尾波特征参数与混凝土损伤程度之间的相关性、离散元颗粒流数值模拟混凝土单轴压缩破坏全过程和基于数字图像处理的混凝土超声波场模拟。主要研究成果如下:（1）开展了不同强度的混凝土在单轴单调加载和循环加载作用下的超声尾波干涉试验,利用波形伸缩法对混凝土不同变形阶段的超声尾波信号进行分析处理,获得了随荷载百分比的增加或减小对应的超声尾波特征参数（波速相对变化率和最大相关拉伸因子）的变化规律。（2）整体分析了不同强度的混凝土损伤过程中超声尾波波速变化率,试验结果表明混凝土尾波波速变化率与混凝土结构损伤发展规律呈现一定的对应关系,可将混凝土受损状态分为4个有明显界限的区间段:加载强化阶段、加载稳定阶段、加载弱化阶段、加载失稳阶段;最终构造出混凝土在单轴受压状态下,波速变化率与最大载荷百分比之间的损伤破坏模型。（3）采用离散元法PFC2D对混凝土单轴压缩破坏过程进行细观数值模拟,利用“试错法”详细分析了颗粒细观参数对混凝土模型力学特性和力学参数的影响,从而确定细观参数值。对比发现,数值模拟结果得到的混凝土的力学特性与破坏损伤情况基本一致,可以真实地模拟混凝土裂纹的生成、扩展以及其损伤破坏的全过程。（4）基于PFC2D数值模拟得到不同程度的混凝土损伤图,结合数字图像处理技术,建立了损伤混凝土二维超声波场的数值模型,模拟研究了超声波在不同损伤程度的混凝土中传播特性,得到不同损伤程度混凝土的波速变化趋势图,结果表明与试验结果相吻合。综上所述,数值模拟得到的损伤混凝土波速变化情况整体趋势与实验结果基本一致,符合模拟预期结果,对实际工程检测具有一定的指导意义。本文有图84幅,表15个,参考文献119篇。