近年来,随着土木水利工程的建设和发展,工程规模不断扩大,工程的安全性越来越受到人们的重视。尤其是水利工程中的大坝等水工建筑物,地震和其他荷载将会严重威胁到水工建筑物的安全。如果中上游的大坝由于荷载遭到破坏,那么将给下游的人民和财产带来难以估计的损失,造成不可逆转的后果。因此,大坝混凝土在强震作用下的运行状况的评价研究与损伤监测是防灾减灾和水工结构领域的重要研究课题。压电陶瓷材料具有响应速度快、形状易于加工、频响范围广等特点,且具有正、逆压电效应,可以作为智能监测设备对结构的健康状态进行实时监测,因此在土木水利工程结构健康监测领域具有相当大的应用潜力。利用基于压电陶瓷材料的智能骨料对大体积混凝土结构进行损伤监测,建立监测数据指标和混凝土损伤体积比之间的关系,从而达到快速定量评价混凝土损伤程度的目的,首先要确定压电智能骨料的对混凝土损伤的敏感范围。本文利用有限元软件建立了球形压电智能骨料和不同范围混凝土的有限元模型,利用阻抗法计算了不同混凝土区域下压电智能骨料的导纳、阻抗曲线,分析了不同监测信号对混凝土范围、损伤程度的敏感度,并对混凝土试块在单轴压缩破坏过程进行试验和数值模拟分析,通过对比分析验证了压电智能骨料对混凝土损伤的敏感区域。研究成果将为利用压电智能骨料快速定量评估混凝土结构损伤程度提供一定的依据。论文主要研究内容包括:1.对课题提出的基于压电阻抗法的球型压电智能骨料传感器进行了有限元建模,模拟了不同大小区域混凝土及其损伤,并在混凝土损伤情况下得到了阻抗、电导、电纳、电阻、电抗随频率的变化曲线,结果表明,在120k Hz-160k Hz频率范围内,电导对于混凝土损伤的反应更加敏感。2.研究了不同监测数据指标对混凝土损伤的敏感度。利用阻抗法计算得到结果,计算了监测信号的均方根偏差（RMSD）、平均绝对百分比偏差（MAPD）、互相关系数（CC）,分析了各指标对混凝土不同范围损伤的敏感度和进行混凝土损伤监测的适用性。结果表明,均方根偏差（RMSD）作为混凝土损伤评价指标最有说服力。3.通过试验和数值模拟对混凝土试块单轴受压损伤破坏的过程进行了分析研究。将球形压电智能骨料埋入混凝土中,制作了3个150mm×150mm×150mm的标准混凝土立方体试块,在单轴试验机上进行了压缩破坏试验,实时采集了压电智能骨料的阻抗数据,研究了监测指标随加载位移的变化规律。在数值模拟中,建立了埋有球型压电智能骨料传感器混凝土立方体的有限元模型,对单轴受压下的混凝土损伤过程进行了模拟。运用球型压电智能骨料传感器的电导特征值和损伤体积比（DVR）评估了混凝土的损伤程度。通过试验结果对比电导信号的均方根偏差（RMSD）指标对数值模拟模型进行了验证。在此基础上,将DVR与RMSD之间的关系曲线进行了拟合,分析了不同范围内的DVR与RMSD之间的关系。结果显示,球型压电智能骨料传感器的RMSD指数与混凝土的DVR呈线性关系。根据RMSD与DVR之间的关系,利用RMSD损伤评价指标可以定量地评价混凝土的损伤程度,从而进一步确定球型压电智能骨料传感器监测混凝土损伤的范围。