土木工程结构在服役过程产生病变的主要因素包括初期缺陷、环境因素、力学荷载因素、以及多因素的耦合作用等。环境因素中往往包括多种环境因素的共同作用。对土木工程材料、构件及结构各个层次的病变原因及发展规律进行全面把握是对其进行科学维护管理的前提。

土木工程病害的因素众多，有的是由于结构的设计性能不足造成的，比如由于计算分析失误导致设计安全系数过小、对结构耐久性问题认识不足、对后期维护需求考虑不周等；有的是结构材料性能不足导致，比如有的混凝土强度不足或是出现早龄期水化热高、收缩大、体积稳定性差而引起混凝土开裂等问题；有的是由于使用荷载的不利变化造成的。随着病害发展，程度加深，并不断累积，最终会使得结构性能下降，形成病变。这就需要通过检查及时发现结构病变问题，分析研究其产生原因，评估其可能产生的影响，预测后期工程结构性能变化，对症采取养护措施防止微小病害进一步扩大，以减缓病变发展速度，使土木工程始终处于良好的服役状态，达到延长其使用寿命，节约养护费用的目的。在建立研究病害有关的影响因素方面，各国工程界都做出了很多努力，制定了各种检查标准和规范，并提出了多种病害诊断及性能评价方法。日本根据1979年和1986年对铁路隧道的检查结果，制定了《铁道土木构造物等维持管理标准·同解说》，规定了日本铁路隧道的病害检查方法、成因推断以及利用健全度对隧道结构进行评价等方法。2000年日本公路协会颁布的《公路隧道维持管理便览》，则给出了公路隧道的病害诊断方法与维护策略。美国联邦公路管理局在2004年制定了《公路和铁路交通隧道检查手册》，给出了隧道的检测方法并对其进行分级。中国在借鉴了国际上的隧道养护成功经验和先进技术的基础上，交通运输部在2003年颁布了《公路隧道养护技术规范》，对公路隧道的检测、维护、病害诊断与对策方面进行了规定。

土木工程病变原因分析是对病变产生原因及其演变规律进行评定和判断的活动过程，包括病变的识别诊断、分析预测、机理挖掘等一系列活动。

随着检查/健康监测技术的应用推广，不同类型病害的数据库逐渐建立，为研究病变的形成及其演化规律提供了依据。结构的病害可包括初期缺陷、材料老化和构件劣化3种类型，往往由初期缺陷、环境因素、力学荷载因素以及多因素耦合作用等共同造成。如钢筋混凝土中，混凝土材料老化有物理原因引起的劣化（包括干燥收缩、温度变化、疲劳、冻害和表面磨损）、化学原因引起的劣化（包括化学侵蚀、碱骨料反应等）、生物原因引起的劣化（包括细菌侵蚀）；钢筋劣化的主要原因有混凝土的碳化和氯盐的侵蚀。钢筋混凝土结构病害的表现形式大多为裂缝、混凝土保护层的剥落、钢筋锈蚀及断面减少、结构形变等，是造成混凝土结构力学性能退化的主要原因。表中列举了混凝土结构不同病害对应的病害成因种类。这些病害逐步发展最终使结构产生病变，可见结构病变的根源来自病害产生的原因。

在了解产生病变的因素，厘清病变的成因的基础上，还需要对病变的产生机理进行探究，对病变在将来的发展进行合理预测，以便进行后续维护措施。如钢筋混凝土的疲劳问题，其产生是由荷载的往复作用造成，因此经常发生于桥梁等承受持续动力荷载的结构。如桥面板等构件承受车辆荷载应力循环次数在使用期内可能会超过亿次，其使用过程实质是疲劳损伤积累的过程。疲劳裂缝的扩展，会导致钢筋混凝土的有效截面不断减少以及钢筋和混凝土之间的相互作用减弱，使钢筋混凝土桥面板在车辆轮压作用下最终可能发生冲剪破坏（见图）。了解了病变发生的机理，就能准确找到病变的本质原因，从而可从病根入手进行防治。此外，土木工程病变都有一个由轻到重逐步发展的过程，了解其演化规律可帮助人们把握病害的发展过程，防微杜渐。通过病害的表现特征可判断结构病变所处发展阶段和程度，并进一步对病变将来的发展做出预测，有针对性地制定结构的维护管理计划。

疲劳破坏不同阶段混凝土的裂缝形态

在中国，土木工程病变成因分析理论和技术尚不成熟，综合人才培养尚未起步，标准、规范大多精细化程度不够，系统化和综合化的程度较低。但是，随着中国对土木工程健康管理学科的日益重视，土木工程病变成因分析将从理念、技术及系统等各方面得到长足发展，未来将为提升土木工程健康的认知水平、实现精准土木工程健康评估发挥重要作用。