我国贵州、湖北、云南等区域存在较多的汞矿矿山,其开采形成了大量的采矿渣堆积体,其中胶结型汞矿渣是汞矿采冶所产生的固体废弃物多年堆积情况下发生复杂物理化学过程而形成的。胶结型汞矿渣堆积体由于在地表堆积,其长期存在必造成一定的地质环境安全问题,因此,迫切需要开展汞矿渣及其堆积体相关的基础理论研究,本文重点研究汞矿渣的力学特性及其本构关系。这为汞矿渣堆积体的长期稳定性评价具有重要的指导意义及应用价值。该文选取被誉为中国“汞都”的贵州铜仁地区现存汞矿渣作为研究对象,通过调查矿渣类型、胶结形成条件,运用CT扫描、室内试验等手段,查明胶结型汞矿渣的组构及其基本物理特性,研究其形成原因。选取其中典型矿渣胶结类型,通过常规力学试验、粗粒土三轴试验和单轴CT试验等手段,提出了胶结型汞矿渣的力学参数,阐述其力学变化规律。基于粗粒土三轴试验,运用弹塑性力学理论,归纳提出典型赋存状态下胶结型汞矿渣的本构模型。以单轴CT试验参数为标定参数,通过不规则CLUMP生成算法建模,基于离散元数值试验,揭示了典型胶结型汞矿渣在力学破坏过程中的细观机理。最后,运用本文所得的胶结型汞矿渣本构模型及邓肯—张模型,选取代表性的胶结型汞矿渣堆积体进行稳定性分析,分别对该堆积体进行稳定性分析,并与矿山实际监测结果对比,验证了胶结型矿渣本构模型的合理性。通过上述研究,得出如下主要结论：1.胶结型汞矿渣的物质成分主要以钙镁质碳酸盐岩为主,其中混杂部分炉灰,其胶结物成分为碳酸钙,影响胶结物形成的主要因素的作用大小为水文条件>堆积年限>通风>覆盖层厚度>层位类型>光照>空隙率。矿渣内部结构均为粗颗粒胶结,空隙较大,颗粒直径与空隙直径随着堆积年限的延长而变小。汞矿渣胶结类型共7种,分别为泥质粗砾胶结、泥质中砾胶结、泥质细砾胶结、胶质粗砾胶结、胶质中砾胶结、不规则粗砾胶结、球形粗砾胶结。比较各类型的离散性、变异性,胶质中砾胶结为典型胶结类型。2.胶结型汞矿渣的主要物理性质上,作为其主要骨料的废弃矿渣颗粒级配差、粗颗粒比重大、随高程增加粒径平均值变小。随堆积年限增长,汞矿渣的密度变小,大粒径颗粒增多,小粒径颗粒含量下降,炉灰层含水量升高,其渗透性却在降低。硬化“壳”的渗透性随堆积年限的增加和埋深的减少而降低。通过坡体主要破坏方式和堆积试验及理论分析,胶结断裂的饱和状态为胶结型汞矿渣典型赋存状3.胶结型汞矿渣的骨料常规力学试验中,废弃矿渣呈现碎石特性,炉灰则呈现土的特性。典型类型的单轴CT试验表明,其内部胶结结构在受力未达峰值之前趋向紧密,呈现弹性；当应力集中达至峰值时,其结构也呈现相应的初始裂纹响应；随着应力增加,胶结型汞矿渣的结构出现急速破坏,呈现整体和局部两种破坏模式；当结构完全破坏,汞矿渣结构响应终止。4.通过对典型赋存状态下胶结型汞矿渣粒土三轴试验,发现胶结物使胶结型汞矿渣内聚力增大；剪切过程中,胶结型汞矿渣的内部结构趋向紧密,强度在增高,呈现出硬化的特性。受剪切时部分颗粒填入了原来的空隙中间,在不同围压下胶结型汞矿渣只会发生剪缩,不会发生剪涨。通过比较发现,在低应力水平下,E-V模型获得的泊松比值和它接近,而在较高应力水平下,E-B模型更能反映它的真实泊松比值。应力应变曲线与体积应变与线应变关系曲线可以看出,堆积年限较久的一组其强度更高,更不容易发生变形,固结应力对变形的影响较大。5.由于胶结物的存在,汞矿渣力学特征呈现一定的弱胶结性,运用弹塑性力学、土力学理论,修正了邓肯-张模型中的泊松比方程,获得了胶结型汞矿渣本构关系。6.利用不规则颗粒建立的离散元数值模拟试验,得到了典型胶结型汞矿渣细观状态下的破坏过程,即在荷载作用下裂纹的萌生、发展、贯通以及破坏过程。7.基于FLAC3D本构模型二次开发,对铜仁地区典型矿渣堆积体进行稳定性研究,对比发现改进后的邓肯-张E-v本构模型相较于未改进的经典邓肯-张E-v本构模型更能反映实际情况,验证了本构模型的改进不但正确,而且是有意义的。该论文的主要创新成果有：1.基于汞矿渣地质调查与测试分析,系统的揭示了胶结型汞矿渣的物质组成与结构特点,获得了一个地区性物理力学参数水平。2.基于粗粒土三轴试验,在邓肯—张模型基础上修正,提出了典型赋存状态下胶结型汞矿渣的本构关系。3.基于CT试验和离散元数值分析,揭示了典型胶结类型汞矿渣的胶结结构在力学作用下的细观破坏机理。