作为重要的事后判据，断裂面信息给出了断裂的微观力学机理，并在水泥基材料的断 裂性能研究中有重要作用。因而，为了进一步了解混凝土断裂面信息，本文根据激光三角 法结合图像处理方法原理，自行研制了用来重构混凝土断裂面三维轮廓的试验装置及方法， 进行了精度试验验证，保证测试装置满足断裂面分析的要求，并具有方便、快速及不损坏 断裂面等优点。除此之外，还采用数字图像分析系统获取了混凝土断裂面上粗集料的拉断 概率RPCA。 利用获得的断裂面信息，建立了几个表征混凝土断裂面特性的参数。这些参数分为两 类： ①几何参数，基于投影覆盖法的分数维D，和两个粗糙度参数，即表面均方根偏差Sq 和表面隆起面积比Sdr；②物理参数，即粗集料的拉断概率。并给出了分数维与粗糙度参 数的关系及指出了粗糙度的不确定性。除了单一分维值之外，还指出由于混凝土的断裂面 较为复杂，还存在着多重分形现象。 测定了混凝土的断裂面参数及力学性能，研究了混凝土材料的组成(水胶比、最大集 料粒径和集料品种)对断裂面参数的影响，研究了混凝土材料的组成对三个断裂参数(断 裂能GF、断裂韧性KIc和评价脆性的参数—延性指数D。)和强度的影响。在试验的基础上 给出了材料因素对断裂面信息影响的分数维模型，材料因素包括水胶比、最大集料粒径和 集料的品种。 在试验验证和分析的基础上，提出了可用粗集料拉断概率来描述荷载—挠度全曲线峰 值荷载前的参数变化规律，建立了抗压强度fc、劈拉强度fst和断裂韧性KIc与拉断概率的 关系，在本试验的范围内，这些力学量与拉断概率之间存在大致的线性增加关系；提出了 可用分数维建立与峰值荷载后形状有关的参数变化规律，这些参数包括断裂能GF、断裂区 最大宽度ωc和延性指数Dσ。在相同的水胶比下，断裂能随分数维线性增加，且水胶比较 小的系列增加速率较快；断裂区最大宽度随分数维增加而增加;延性指数则在所有材料系 列中随分数维的增加而线性增加。根据分形理论，建立了分数维对断裂能影响的公式并推 导了延性指数与分数维之间的公式，公式反映的变化规律与试验结果符合得很好。根据上 述研究结果，尝试了用冶金集料置换普通集料以增强增韧高性能混凝土，取得预期的结果。 提出了混凝土细观层次上真实断裂能GFD／的概念，细观层次上的真实GFD／是消除断裂路径 曲折影响的断裂能，计算结果表明GFD／对不同集料粒径和品种几乎相同，随水灰比减小而 增加。 最后，通过分析分数维在断裂面上不同位置的变化(平行于裂缝扩展方向和垂直于裂 缝扩展方向)，提出了建立在分形几何基础上的局部断裂能，用来解释断裂能的尺寸效应， 导出了含有分数维的断裂能尺寸效应方程，实际数据反映了该方程的有效性。分析了可能 的分形裂缝增韧机理。 关键词：断裂面，分数维，拉断概率，粗糙度指数，断裂能，强度，断裂韧性，脆性，冶金集料