混凝土已广泛应用于民用、工业和军事防护等领域,特别是在重大工程建设中,发挥着重要的基础性作用。作为一种天然与人工的结合材料,各相材料具有的物理、力学特性差异以及随机的空间分布致使混凝土比其它单一材料具有更为复杂的力学性能。近年来,针对混凝土材料的细观力学行为研究已逐渐成为学者们研究的重点。本文从细观角度出发,通过建立混凝土三维细观模型,全面、系统地研究了混凝土及其细观组分的损伤力学行为,为进一步理解混凝土类非均质材料的破坏机制,建立宏细观之间的跨尺度联系提供参考。主要研究工作包括:以三维Voronoi图形为基础,提出了一种高效的混凝土细观模型生成方法。引入随机缩放因子,向内收缩得到随机凸多面体骨料,向外延拓产生界面层;统计骨料粒径大小和颗粒数,精确控制骨料数量和级配区间;同时去除图形固有的短边,尖角等几何缺陷,优化几何形状;数值模拟实际中的振捣过程,改善骨料间的相对位置,提高骨料体积含量。得到的有限元模型具有较好的计算稳定性,可用非线性隐式求解器求解。采用塑性损伤材料本构模型,对准静态单轴、双轴以及三轴载荷下混凝土的损伤演化行为和宏细观力学响应进行了系统的数值模拟研究。揭示了损伤形成、发展及失效的细观机理,得到复杂应力条件下的混凝土典型破坏模式以及强度变化规律。从应力-应变曲线和失效模式两方面充分验证了有限元模型的有效性。分析表明,损伤始于峰值应力之后,主要从粘接界面层（Interfacial transitional zone ITZ）处产生并扩展至砂浆,随后损伤相互联结形成贯穿裂纹,最终导致试样破坏,且最终破坏模式与载荷形式有关。单向拉应力作用（双轴压-拉、三轴压-压-拉）,损伤纵向发展,裂纹平行于压应力而垂直于拉应力方向;双向拉应力作用（双轴拉-拉、三轴压-拉-拉）,损伤斜向发展,产生斜裂纹,试样发生拉剪破坏;三向压应力作用,损伤交错发展,裂纹呈相互交叉的网格状分布。最后,结合经典Ottosen破坏准则,引入大数据处理方法,用多轴强度确定函数参数,一方面再次验证了数值模拟的正确性,另一方面,与由单轴和双轴实验结果确定的经典参数相比,提高了破坏准则的拟合精度,使之更加符合三轴结果。在确保骨料级配、粒径以及分布统一的前提下,建立不同骨料体积含量的细观模型。骨料体积含量增加,一方面由于ITZ含量增加降低了混凝土整体强度,但另一方面延缓和抑制损伤发展,增加受载区域,提高了抗劈拉能力。考虑细观组分影响,建立ITZ强度、骨料体积含量与混凝土整体强度之间的比例关系。建立随机材料属性细观模型,在保留混凝土模型非均质的前提下,考虑砂浆相材料属性的随机分布影响,探究材料属性分布与损伤分布结果之间的相互关系。将非线性粘弹性朱-王-唐（ZWT）本构方程推广到混凝土类材料,引入热激活损伤演化模型。基于三维细观模型,开展了低应变率下混凝土SHPB数值实验。基于数值结果给出方程参数的确定方法,继而得到计及损伤演化的混凝土率型本构方程,扩展了ZWT方程的适用性,为进一步研究高应变率下混凝土动态本构关系提供基础。