一般情況下，根據特征尺寸和研究方法側重點的不同，將混凝土內部結構視為微觀(Micro—leve1)、細觀(Meso—leve1)和宏觀(Macro—leve1)3個層次。長期以來，人們對于混凝土的研究主要是基于宏觀層次展開，對于混凝土材料和構件的損傷和宏觀力學性能的劣化直至破壞全過程的機理、本構關系、力學模型和計算方法都是基于此。以上主要是通過實驗的方法研究混凝土材料的力學行為，但由于實驗周期較長，需要耗費大量的人力和物力，得出的結論與所選取的材料、實驗條件關系很大，使得實驗成果相對離散，難以真實反映實際混凝土的力學性能指標。對混凝土性能的研究除了從宏觀的角度進行研究之外，更關鍵的還應該從混凝土的細觀結構人手，利用數值模擬的研究方法，抓住混凝土材料組成及其力學性質的非均勻性，結合理論和實驗成果建立數值模型，對混凝土材料的力學性能和破壞過程進行研究，才能更好地分析混凝土破壞過程的實質。細觀力學的興起與計算機技術的飛速發展為此提供了理論和技術支持。

　　1、數值模型的建立

　　1、1細觀力學

　　材料細觀力學研究宏觀均勻但細觀非均勻的介質，采用多尺度力學理論，目的就是基于材料細觀結構的信息，尋找宏觀均勻材料的有效性能，其基本思想是“均勻化”。對于彈性問題，從細觀尺度的應力、應變場出發，通過應力和應變體積平均值之間的關系確定材料的有效彈性性能，從而用均勻化后的介質代替原非均勻介質。

　　細觀力學是雙尺度的力學結構。選取的基本單元被稱為代表性體積單元，簡稱RVE，需要滿足尺度的二重性——宏觀足夠小，微觀足夠大。代表性體積單元是非均勻和無序材料的集合。

　　在一般情況下，不能掌握非均勻復合材料代表性體積單元微結構的性態和分布的全部信息，因此只能根據一些假定來對材料的已知信息進行均勻化。均勻化的目的就是確定非均勻材料的等效軍援介質特征，根據局部笨狗關系和相關的局部變量表達式，得到描述RVE整體特征的宏觀量。

　　1、2混凝土的細觀結構分析方法

　　細觀力學將混凝土看作是由粗骨料、硬化水泥膠體以及兩者之間的界面粘結帶組成的三相非均質復合材料。選擇適當的混凝土細觀結構模型，在細觀層次上劃分單元，考慮骨料單元、固化水泥砂漿單元及界面單元材料力學特性的不同，以及簡單的破壞準則或損傷模型反映單元剛度的退化，利用數值方法計算模擬混凝土試件的裂縫擴展過程及破壞形態，直觀地反映出試件的損傷斷裂破壞機理。

　　2、基于細觀力學的混凝土數值模擬研究模型

　　2、1網絡模型

　　該模型中，連續介質在細觀尺度上被離散成由彈性桿或梁單元聯結而成的格構系統，網格一般可由桿單元組成。單元采用簡單的本構關系(如彈脆性本構關系)和破壞準則，并考慮骨料分布及各相力學特性分布的隨機性。計算時，在外載作用下對整體網格進行線彈性分析，計算出格構中各單元的局部應力，超過破壞閾值的單元將從系統中除去，單元的破壞為不可逆過程。單元破壞后，荷載將重新分配，再次計算以得出下個破壞單元。不斷重復該計算過程，直至整個系統完全破壞，各單元的漸進破壞即可用于模擬材料的宏觀破壞過程。

　　有關研究表明，利用格構模型模擬由于拉伸破壞所引起的斷裂過程是非常有效的，但用于模擬混凝土等材料在壓縮荷載(包括單軸壓縮和多軸壓縮)作用下的宏觀效應時，結果不夠理想。另外，用該模型得到的荷載一位移曲線呈脆性，與混凝土的實際不符。實際上，格構模型采用的桿單元的本構關系和破壞準則較為簡單，不能反映單元實際變形形態，單元的破壞為不可逆過程，因而很難反映卸載問題。

　　2、2粒子模型

　　隨機粒子模型假定混凝土是由基質和骨料組成的兩相復合材料。在數值模型中，首先按照混凝土中實際骨料的粒徑分布，在基質中隨機地生成混凝土的非均勻細觀結構模型，骨料用一些隨機分布的剛性的圓形(或者球體)顆粒來模擬;然后，將混凝土上的兩個相(基質和骨料)都劃分成三角形的桁架單元，對于位于不同相中的單元賦予相應的材料力學參數，此時每個單元是均勻的，只能表征一個相。Cundall最初假設骨料是剛性的，此后，Bazant Z P等訓的隨機粒子模型假定基體和骨料都是彈性的，不發生破壞，通過假定顆粒周圍的接觸層(基體相)具有拉伸應變軟化特征來模擬混凝土的斷裂過程。該模型假定過渡層只傳遞顆粒軸向的應力，忽略了基質傳遞剪切力的能力，當過渡層的應變達到給定的拉伸應變時，其應力——應變曲線按照線性應變軟化曲線來表示。

　　2、3微平面模型

　　所謂微平面模型是指材料各個方向上的法向應力、體積應力、偏應力和剪應力與相應的應變之間的關系。該模型用矢量而不是張量來描述材料的本構關系。微平面模型的實質是認為在細觀尺度下裂紋的開裂方向是任意的，對于普通混凝土而言，裂紋經常穿過骨料周圍，裂紋穿過的路徑稱為微平面，而微平面上的應變與總應變動態相關因此，可以用微平面上的正應變或者剪應變作為表征損傷的內變量。微平面模型在概念上是非常明確的，表征了混凝土的損傷與裂紋擴展路徑有關。Bazant Z P等在該模型的基礎上，提出了描述混凝土動態行為時考慮斷裂速率和裂縫影響的微平面模型

　　2、4隨機骨料隨機參數模型

　　目前工程上常用的混泥土以碎石混凝土居多。碎石混混凝土在二維上表現為多邊形，因此可以用隨機分布的多邊形來模擬梁構建橫截面上骨料的分布。首先用蒙特卡洛法產生均勻分布的偽隨機數，然后以這些骨料結構來反應混凝土材料的非均質性。

　　當受力構建帶有裂縫的時候，裂縫尖端附近區域將會出現應力或應變的奇異性，可采用奇異單元等方法對這樣的構建進行比較精確的分析。當這些局部區域的單元劃分較小時，具有足夠的精度。通常采用矩形和三角形這兩種單元相結合的方法，將裂縫附近區域加密，直至精度滿足要求為止。

　　2、5剛體-彈簧模型

　　骨料在試件內的分布是隨機的，沒有固定的模式，骨料的分布對裂紋的開展與傳播、試件破壞路徑及極限荷載均有不同程度的影響。因此，王寶庭等在細觀上將混凝土看成是由粗骨料顆粒與硬化水泥漿體組成的兩相非均勻復合材料，以隨機顆粒模型代表混凝土的細觀結構，采用適宜處理偽裂紋行為的剛體一彈簧模型，建立起混凝土的細觀結構與宏觀性能之間的關系。Hikosaka H等也曾采用剛體-彈簧模型研究了混凝土材料的細觀斷裂，但該模型中的彈性系數難以確定。

　　從上述模型的特點來看，首先，都是從混凝土的細觀層次出發，將混凝土假設為兩相(由基質和骨料組成)或三相(基質、骨料及其過渡層)復合材料，對于不同相中的單元賦以不同的力學參數，以此來體現混凝土試樣細觀力學性質的非均勻性。

　　3、結論

　　由于混凝土材料成分的復雜、多變，基于細觀層次的研究是相當重要而且十分必要的。但是，由于這一領域的多學科交叉性，使得其研究相當困難。雖然2O年來這方面的研究已經取得了很大的進展，但仍存在著許多需要研究的問題。不過，混凝土材料今后的研究發展方向，應該是注意宏觀與細、微觀等多尺度的結合，力學與材料科學的結合，理論分析、實驗研究與數值計算的結合，研究分析與工程應用的結合。