混凝土作为世界上应用最广泛的建筑材料,其各组分的作用机理一直都是研究热点。在细观层次上混凝土可以看作是由骨料、水泥砂浆和两者之间的交界面(Interfacial Transition Zone,ITZ)组成的三相复合材料,其宏观力学性能取决于各组分的性能。而ITZ是混凝土中最薄弱环节,其强度对混凝土性能的影响一直都是研究重点。随着我国基础建设的飞速发展,许多工程建设的难度也不断增加,对工程质量的要求也越来越高。当改善了ITZ强度的普通混凝土不能满足建筑结构的要求时,钢纤维混凝土(Steel Fibre Reinforced Concrete,SFRC)也随之而然地推广开来。目前,国内外诸多学者对混凝土细观层次的力学性能及SFRC的推广应用展开了广泛研究,并取得了诸多成果。然而对于上述研究,也还有诸多问题尚未取得良好的研究结果,比如:在混凝土中,骨料和砂浆性能对其强度和弹性模量的影响可以通过宏观试验研究,但ITZ尺度微小,很难使用传统试验方法量化其对混凝土力学性能的影响;此外,钢纤维的空间分布对SFRC的力学性能影响明显,但限于试验条件及研究工程量过大等原因,目前国内外尚没有一套完整的钢纤维空间分布对SFRC力学性能影响的理论。鉴于上述存在的两大类问题,本论文首先采用颗粒元细观数值仿真,研究ITZ强度对混凝土力学性能的影响;其次,通过图像处理方法与电感试验方法,分别测试SFRC中钢纤维的空间分布情况;另外,结合三轴立方体劈裂试验(Multidirectional Double Split Test,MDST)与有限元数值仿真,研究钢纤维空间分布对SFRC裂后力学性能的影响。论文的主要研究工作和创新成果分以下四个方面:1)论文第二章提出了一种高效的骨料生成方法,并建立了平节理模型(Flat-Joint Model,FJM)下细观参数与宏观参数的反演关系式。基于该混凝土细观颗粒元模型,对混凝土单轴压缩和巴西劈裂试验进行数值仿真,模拟结果和试验所得的抗压强度和劈裂强度基本吻合,验证了模型的正确性。然后,利用该模型进一步研究了ITZ对混凝土强度的影响。另外,在保证数值模拟符合准静态加载的前提下,还提出了一种新的数值模拟加载方式,大大缩短了计算时间。2)论文第三章对不同类型的SFRC立方体试件进行电感试验和图像处理分析,在此基础上得到了不同试件中钢纤维的空间分布情况,并根据图像处理法提出了一种快速计算SFRC试件中钢纤维含量的方法。另外,引入相和系数来反映电感试验和图像处理分析所得钢纤维空间分布的相似性,从而用破坏性试验结果验证了非破坏性试验结果的正确性,为电感试验的推广使用提供了佐证。3)论文第四章根据SFRC同一试件不同方向加载时所表现出力学性能不同的试验现象,提出了MDST试验方法,并用该方法对三轴方向的纤维分布进行了分析和计算。另外,根据不同边界效应下小梁切割试块的电感试验测试结果得出,随着边界效应的降低,钢纤维在小梁长轴方向分布的比例增大,且小梁中部的纤维含量大于边界处的纤维含量。通过对SFRC试块的力学性能测试发现,不管三点抗弯试验还是劈裂试验,钢纤维含量的增加对试块的初裂强度均没有太大影响。但是,随着钢纤维含量的增加,SFRC所展现出来的裂后性能区别较大,与纤维含量正相关。本章还通过电感试验结果验证了MDST方法预测纤维分布的准确性,且两种测试结果表现出了良好的相关性。4)论文第五章根据第四章试验测试所得的钢纤维在混凝土试块中的分布情况,生成了符合实际分布情况的端钩型钢纤维模型,并利用ABAQUS软件建立了SFRC模型。在不考虑钢纤维与混凝土基体界面脱粘行为的情况下,利用该模型所得的模拟曲线与试验测得的荷载-位移曲线在达到峰值强度之前吻合较好,验证了模型的正确性。