混凝土在使用过程中，由于长期荷载、环境腐蚀、材料老化、构件破损等因素作用，混凝土内部逐渐产生损伤积累，使结构的承载能力和耐久性能下降，减少了结构的使用寿命。如何有效地预测在役混凝土的损伤演变情况是当前混凝土工程亟待解决的关键性问题之一。而现有混凝土损伤作用的研究多采用线性超声波理论进行试验和理论分析，具有很大的局限性，对混凝土损伤后表现的非线性特性研究较少。因此，本文在非线性波动理论和统计损伤力学的基础上，采用考虑不同影响因素作用下的单轴受载混凝土的超声波测试试验，得到了与应力相关性较好的超声参数和敏感性影响因素，并从理论上对混凝土损伤与超声参数的本构关系进行了分析。本文的研究工作及主要研究成果如下：（1）为了研究骨料比、发射主频、干燥程度对混凝土超声参数与应力相关性的影响，论文开展了不同骨料比、发射频率和干燥程度下的单轴受载混凝土的超声波测试试验。并对试验方案的布置、仪器的使用和试验参数的确定做了详细的介绍。（2）采用快速傅立叶变换和频谱分析的方法实现了对声波信号的处理，提取了与应力相关性较好的超声参数，并对超声参数随应力变化的规律进行了分析，得到了能正确反映这一规律的声学敏感性参数。（3）考虑不同骨料比、发射频率和干燥程度对混凝土超声参数与应力相关性的影响，分析了不同因素对混凝土声学参数随应力变化的影响规律，得到了对声学参数与应力相关性较为敏感的各影响因素的大小。（4）从细观损伤力学的角度出发，分析了现有考虑单个微裂纹扩展作用的混凝土损伤模型，确定了单个微裂纹在扩展的不同阶段对应变的贡献，并由此确定了微裂纹的扩展作用机制。并在微裂纹扩展机制和Weibull统计损伤理论的基础上，确定了混凝土统计损伤本构模型，建立了混凝土损伤与波速和非线性超声参数的本构关系，并分析了该本构关系的合理性。