工程中根据骨料级配将混凝土分为一至四级,其中三级配和四级配混凝土又被称为水工大骨料混凝土,是水工建筑物的常用材料。混凝土细观尺度上是由骨料、砂浆和骨料/砂浆界面组成的三相非均质复合材料,因此,随机特性是其固有属性。混凝土的细观随机特性主要体现在骨料、砂浆和界面的随机性上,比如骨料的几何随机性和砂浆、界面的力学参数随机性等。上述随机特性能够引起混凝土宏观力学参数的较大波动,从而导致水工建筑物安全性和稳定性的评定指标产生不确定性。因此,合理地考虑混凝土宏-细观随机特性对指导水工大体积混凝土结构的科学设计,保证水工建筑物的安全和稳定具有重要意义。本文针对水工大骨料混凝土的细观随机数值模拟方法,混凝土细观随机因素对宏观力学参数的影响,混凝土宏观力学参数的统计特性及工程应用,混凝土宏观随机损伤模型的建立和应用等问题,开展了一系列研究,具体内容如下:一、本文从模型和算法两方面完善了混凝土细观随机数值模拟方法,并基于FORTRAN语言编写了相应的程序。在模型方面,引入随机场理论,对细观随机数值模型进行了改进。为了考虑材料参数的空间相关性,避免模型中出现界面单元力学参数高于相邻砂浆单元等不符合物理事实的现象,采用谱表示法（spectral representation method,简称SRM）优化了混凝土细观材料参数的赋值过程,建立了SRM细观随机模型和SRM随机力学特性模型。在算法方面,引入裂缝扩展释放算法,对混凝土裂缝的扩展过程进行了模拟和标示。通过模拟预制30°斜裂缝的开裂路径,验证了新方法的可行性。通过与锦屏I级大骨料混凝土的物理试验相比较,验证了该方法的合理性并标定了一套力学参数。二、本文采用上述细观数值模拟方法,依次分析了各细观随机因素对大骨料混凝土宏观力学参数的影响,随机因素主要包括以下四个方面:a.骨料的级配,b.骨料的形状尺寸和空间位置,c.砂浆和界面的非均质程度,d.砂浆和界面的参数空间分布。三、本文采用统计分布模型和拟合优度检验等统计分析方法,借助100组大骨料混凝土细观数值试验的结果,研究了混凝土宏观力学参数的统计特性,探讨了变形参数和强度参数的最优分布模型,并基于此,分析了混凝土重力坝坝踵应力条件的可靠度,研究了混凝土宏观力学参数统计特性的工程应用价值和应用方法。四、本文基于上述细观数值模拟方法和统计分析方法,采用随机场理论（谱表示法和互相关）,优化了混凝土宏观随机损伤模型的建立过程。其中,细观数值模拟方法和统计分析方法显现了混凝土宏观与细观之间随机特性的相互联系,谱表示法模拟了宏观随机损伤模型中参数的空间变异性和空间相关性,互相关考虑了不同参数之间的相关关系。为了验证该宏观随机损伤模型的可行性,基于水工混凝土结构构件,对其进行了应用。