混凝土本构关系是混凝土结构设计、耐久性和可靠性、工程优化等重要课题的研究基础,更加客观精确的混凝土本构关系是相关研究开展的必要保证。混凝土是由骨料-砂浆-界面过渡区组成的多相复合材料,其中界面过渡区由局部特殊水化行为而产生,对混凝土的整体宏观性能具有不可忽视的影响,其杨氏模量是混凝土本构关系建立的关键参数。但迄今为止,界面过渡区形成原因和梯度特征的联系尚未建立,界面过渡区的杨氏模量梯度特征也并未被现有混凝土理论模型所考虑。研究界面过渡区的水化行为和杨氏模量,能够为更客观精确的混凝土本构关系的建立提供必要的理论依据。本文首先研究了堆积水泥颗粒材料的渗透性能,建立了适用于界面过渡区的非均匀水化模型,进而建立了界面过渡区跨尺度杨氏模量计算模型;在上述研究基础上推导了混凝土细观本构关系,对混凝土的单轴力学行为进行了数值模拟。具体研究工作如下:（1）研究了水泥颗粒粒径分布、堆积行为与渗透率的关系。基于经典渗流理论,采用二维级配分形谱描述水泥颗粒粒径分布,构造颗粒团簇建立水泥颗粒堆积行为和孔隙特征的联系,建立了堆积水泥颗粒材料渗透模型。经过与试验数据的对比,本文所提出模型的计算精确度显著高于传统模型。粒径低于5mm的细颗粒含量与等效渗流孔径成负相关关系,最小颗粒粒径的选取决定了渗流团簇中颗粒粒径的下限。（2）建立了孔隙-渗流耦合效应影响下的界面过渡区水化模型。基于HYMOSTRUC水泥水化理论,引入孔隙-渗流耦合效应,建立了适用于界面过渡区的非均匀水化模型。孔隙-渗流耦合效应用于定量评估孔隙特征和渗流水量的相互作用,水分的非均匀分布及孔隙分形和非分形特征均被考虑。与试验数据的对比显示,在较高水胶比（ω0=0.5,0.4）且矿渣含量不高于30%情况下,本文模型的计算结果精确度很好。比起基于分形孔隙特征方法,基于非分形孔隙特征方法的孔隙率计算结果总体较为保守。当胶凝材料矿渣含量高于30%后,随着矿渣含量提高,本文模型计算误差逐渐增大。（3）提出了界面过渡区细观组分的孔隙形态特征的参数化统计描述方法。根据界面过渡区中组成相的微观孔隙形貌特征,将界面过渡区组分离散为含有孔隙夹杂的代表性体胞元（RVE）,将孔隙夹杂的形态归纳为参数形式,并从统计学角度构造了参数的分布函数。为下一步基于界面过渡区孔隙形态特征的跨尺度细观性能研究提供了理论支持。（4）建立了跨尺度界面过渡区宏观杨氏模量计算模型。应用复合材料细观力学局部化和均匀化方法,引入氢氧化钙富集系数,求出了界面过渡区总体宏观杨氏模量。研究结果显示,在界面过渡区范围内,孔隙率越高,根据不同的孔隙形态分布函数计算所得的杨氏模量差异也越显著。水泥砂浆基质和界面过渡区厚度均存在一定随机性。根据不同的孔隙形态分布函数计算所得的杨氏模量能够覆盖实测杨氏模量的上下限和均值。（5）建立了基于界面过渡区杨氏模量数值梯度的混凝土细观单元多相本构关系,对混凝土宏观本构关系和破坏模式进行了数值模拟。将混凝土理解为大量细观单元复合体,根据界面过渡区杨氏模量和孔隙率分布的梯度性,采用Mori-Tanaka方法和Voigt并联法推导了砂浆-ITZ复合材料细观本构关系和混凝土细观单元多相本构关系,分析了关键参数的分布特征;对混凝土单轴受压和受拉行为进行了有限元数值模拟,分析了界面过渡区梯度特征对混凝土宏观本构关系的影响。研究结果显示,界面过渡区的梯度特征对砂浆-ITZ复合材料细观本构关系、混凝土细观与宏观本构关系、单轴强度等均有显著影响。本文的研究工作,推动了混凝土精细化理论模型的发展,为混凝土工程结构设计和损伤破坏分析提供了理论参考。