饱和-非饱和土体孔隙中水相和气相流动的状态是极其复杂的，本文在多相流理论的基础上，同时考虑水相和气相的流动及相互作用，针对水-气二相流模型及其工程应用进行了较为深入的研究，主要研究内容和创新成果如下： (1)基于多相流理论和非饱和土的渗流理论，建立了同时考虑水相和气相流动的稳定-非稳定、饱和-非饱和渗流的水-气二相流模型，运用积分有限差分方法求解水-气二相流问题，开发了相应的求解程序SEEP2P，并对Muskat问题和室内空气出流试验(奥地利Graz技术大学)进行数值模拟，验证了程序的正确性和有效性。 (2)将降雨入渗过程作为入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程进行研究，基于水-气二相流模型，借助边界条件单元，给出了处理降雨入渗边界条件的合理的数学处理方法，利用水-气二相流模型，对降雨入渗问题进行数值模拟，得到考虑孔隙气影响的非稳定渗流场的孔压变化过程，并且与单相流模型的计算结果进行比较，从而证明了对于降雨入渗的非稳定渗流问题，采用水-气二相流模型求解的必要性。 (3)基于水-气二相流模型对岸坡在坡外水位波动下的非稳定渗流场进行研究。得到了孔隙水、孔隙气和毛细压力的变化过程以及相应的水相、气相饱和度的分布情况，并对土体饱和、非饱和状态的相互转换过程进行重点研究，进一步明确浸润线的概念。为了精确模拟水位波动的边界条件，借助边界条件单元，给出随时间变化的Dirichlet边界条件的数学处理方法，使得水位波动引起的岸坡非稳定渗流问题的求解更加符合实际。 (4)将考虑气相影响的渗流场用于边坡稳定的分析中，结合非饱和土的抗剪强度公式，考虑了基质吸力(孔隙气压力与孔隙水压力的差值)对边坡稳定的作用，比以往的分析方法更加全面。首先从理论上分析，考虑基质吸力后，土体的抗剪强度将增大，然后计算不同降雨强度和持续时间下土坡安全系数的变化，从数值上反映了基质吸力对边坡稳定的作用。 (5)依托具体工程，阐述水-气二相流模型在模拟压气新奥法隧洞施工工艺中的应用，计算出不同施工进度下开挖面和隧洞混凝土衬砌上的空气损失量为预测工程费用提供合理依据。利用水-气二相流模型来模拟气垫式调压室在运行过程中超压空气通过岩体裂缝和软弱破碎带渗漏问题。可计算出通过裂缝的空气损失，为气垫室调压室的初步设计或漏气补救措施提供良好依据。因为模型考虑了洞室围岩的孔隙水压力和渗透性，比以往的经验方法更合理。