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由于混凝土材料具有抗压性能强，适用性广，取材方便，耐冷耐热耐火性好等优点，使得混凝土材料被广泛应用到生产生活领域，如交通、建筑、水利水电等。混凝土作为一种建筑材料，其破坏与否直接关系到工程的安全性，所以对混凝土材料强度变化规律的研究是目前亟需解决的难题。 随着随机骨料分布、初始缺陷分布、阻尼、孔隙压力、惯性力等参数的不同，加载方式的不同，以及加载速率的不同，混凝土的强度变化规律复杂。本文通过理论推导、CT试验，以及数值试验研究混凝土试件强度不同的原因，利用最小耗能原理探索混凝土强度变化的根源，提出了一种破坏耗能理论:由于不同试件所处的应力状态不同，裂纹萌生位置和发展方向不同，导致试件的破坏形态不同，决定了试件的破坏面积不同;破坏面积越大，试件破坏所需的能量越大，试件的强度也就越大。试件的破坏面积及破坏形态由试件应力状态决定，遵循最小耗能原理所形成的破坏面是试件的真实破坏面。本文开展的工作如下: (1)为混凝土数值计算选取合适的建模方法、本构方程和破坏准则:对随机骨料数值模型、接触单元模型和CT三维重建模型进行比较;选取最适用的建模方法，采用均质岩石试件探索性研究了弹塑性本构中D-P准则、非线性弹性本构的最大拉应变破坏准则，在应力和位移两种控制加载方式下，较适合岩类材料数值计算的本构模型和破坏准则;最后采用非线性弹性本构和最大拉应变破坏准则，用数值方法研究了混凝土的力学特性、试件损伤过程，并与CT试验进行对比。 (2)在不同加载条件下，针对长压、短压、受弯、受扭和受拉作用下的混凝土试件，研究了应力状态与裂纹开裂、发展及试件的破坏形态之间的关系。以能量守恒原理以及混凝土强度的试验为基础探索了破坏面积，破坏能量和强度三者之间的关系。 (3)基于CT试验，对静压、静拉试件外界输入的功和试件破坏过程中消耗掉的能量进行研究，在应力-应变曲线中规定曲线拐点处的应力即最大应力为该混凝土试件的强度。另对CT图像中试件的破坏面积进行计算，研究混凝土试件破坏过程中外界输入能量与其内部能量之间的转化机理，以及随着破坏面积的扩大总能量和应变能的消耗情况。从CT试验角度验证破坏耗能理论。 (4)在不同加载条件下，如拉、压、受弯作用下，对混凝土试件进行数值模拟计算其破坏过程，发现随着荷载增大，单元损伤程度增大，杀死单元也增多，试件破坏面积越来越大，外界输入能量逐渐转成新的表面能，产生的新裂纹面增大，消耗能量增大，试件完全破坏，消耗掉的能量即为破坏能。数值计算结果说明，混凝土的应力状态不同决定其破坏形态不同，破坏形态差异决定破坏面积的大小，破坏面积的大小决定了其破坏所耗的能量大小，而破坏能量的大小决定了个试件强度的大小，也就是说混凝土试件拉、压、弯强度差异的根源是其不同应力状态时的破坏耗能不同。 (5)对相同截面和配合比试件，进行长径比κ（半径与高的比）分别为1∶1，1∶2，1∶4，1∶6，1∶10的受压试验，计算得出其强度与破坏面积和破坏能有关，应力状态决定其破坏形态，表现出破坏形态不同，破坏面积不同，破坏能不同，得出的各试件强度不同。归纳规律，试件截面相同，随着长度的增加，大小主应力差增大，破坏面积减小，破坏能减小，试验测定的强度减小;各试件的强度、破坏面积和破坏能量三者大小顺序一致。 (6)通过理论分析、CT试验和数值计算研究混凝土在不同加载条件下的破坏面积，破坏能和强度三者之间的关系，发现试件的破坏面积与破坏能量成正比，即单位破坏面积消耗的破坏能为材料的固有属性，验证了Rittinger新表面学说，其次从宏观能量角度，研究破坏能与试件强度的关系，运用试件破坏面积从侧面表征和度量其破坏能和强度。通过混凝土不同应力状态下的破坏耗能的量化分析验证破坏耗能新理论。