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土石混合体是不同于岩体与土体的一种地质材料，在边坡工程和滑坡灾害中经常遇到。例如，在三峡库区滑坡中，土石混合体滑坡占总滑坡数的90％以上。因此，土石混合体物理力学特性的研究越来越受到工程界和学术界的关注。近年来，从土石混合体力学试验、几何结构和数值模拟等不同方面进行了大量研究，也取得了许多重要成果。但这类复杂地质介质的地质成因、结构特征以及力学与水力学特性、变形破坏机理等，仍有许多问题尚不清楚，有待深入研究。
本文通过对不同地质背景与地区土石混合体的大量野外调查、现场统计以及相关资料分析等，从土石混合体与灾害、河流与人类活动等方面总结了土石混合体的分布特征；结合不同地质作用分析了土石混合体的地质成因，包括其主要物质来源与搬运、堆积；探讨了土石混合体复杂的结构特征，如材料非均质、块石分布非均匀、非连续和典型的尺寸效应等。基于数码成像原理，利用土石混合体数码照片中块石与土体颜色属性的差异，提出了基于数码图像的土石混合体结构模型的自动生成方法，以最直接、快捷、准确地反映土石混合体的空间结构。
借鉴土力学与岩石力学的试验原理与方法，论文研究了土石混合体重塑样的仪器、方法与试验设备要求，以及伺服控制方式与数据采集等关键技术问题，讨论土石混合体的压密特性。通过大量的单轴压缩试验、三轴压缩试验与数值模拟，研究了土石混合体的单轴抗压强度、弹性模量以及变形破坏特征等，阐述了土石混合体变形与强度特性的力学机理，并指出土石混合体中块石骨架结构对土石混合体的力学特性具有一定的控制作用，尤其是对其变形与破坏的影响显著。结合土石混合体力学特性的影响因素分析，论文还提出了土石混合体质量评价体系的初步方案。
为表达土石混合体渗流场与应力场耦合问题，论文推导并阐述了适用于饱和多孔介质固-流-热多场耦合作用各个物理过程及其数学模型，包括力学平衡方程、渗流方程、能量方程及其耦合关系等：并通过求解软件COMSOL Multiphysics对这一组复杂的偏微分方程组进行有限元程序化，实现了应力场、渗流场与温度场三场全耦合的数值求解。运用上述理论与方法，论文分析了土石混合体这类高非均质材料的渗流特性及其固流耦合作用下的力学效应与渗流效应，并得出了一系列重要结论。最后，大渡河双江口坝基渗漏问题的分析表明，土石混合体坝基的渗漏问题不容忽视。