土石混合体是在地球内外动力耦合作用下，于第四纪时期形成的具有复杂内部结构的一种块石与土颗粒的混杂松散堆积体，这种地质材料物质来源多样化，地质成因复杂，既不同于一般的均质土体，也不同于一般的岩体，是一种介于土体与破裂岩体之间的特殊地质材料。从细观尺度出发，借助细观计算方法和细观试验手段揭露土石混合体在荷载作用下的变形破坏特征，查明土石混合体土石相互作用的机制，从本质上阐述其变形破裂机理，这一研究是当前工程建设的需要，也是现代细观岩土力学发展的必然。论文从土石混合体变形破坏的细观机制出发，对土石混合体的变形开裂特征、土石接触耦合机制、土石相互作用非线性特征及细观损伤机理进行了系统的研究，取得以下主要创新成果和认识:　　(1)根据组成土石混合体的“土体”和“块石”所表现出的非均质、非线性、非连续性等特征，提出“土石混合体计算细观力学”概念，明确土石混合体细观计算力学要解决的关键科学问题，认为将土石混合体视为由土体基质、块石和土-石界面组成的三相复合介质。借助基于有限元原理和损伤统计力学的细观数值试验方法，综合考虑了块石的方位、随机分布特性、含石量以及土石胶结特征等对土石体变形开裂的影响，分析了土石混合体在荷载条件下渐进性分级变形破坏特征，破坏可分为三级:土石界面滑移破坏、土体开裂破坏和块石剪切错断（针对强度较低的片岩、板岩等）。　　(2)超声波测试技术引入土石混合体研究领域，分别开发了轴向和径向土石混合体测试系统，研究土石混合体单轴加载条件下声学参数的变化规律;同时，进行了与土体和岩块声学测试结果的对比分析，揭露出土石混合体区别于“土体”和“块石”的独有特性。轴向超声试验用于研究土石混合体的应力依赖性，结果表明波速、透射系数及内部孔隙的变化规律和土体、块石存在明显的本质差异;同时，推导了土石混合体轴向压密过程中孔隙度减小的表达式。径向超声试验用于分析土石混合体的损伤开裂特性，根据超声波速的变化推导出加载过程中试样裂纹宽度的演化规律;建立了分段式的非线性损伤本构方程的演化方程。　　(3)综合轴向超声测试和径向超声测试的结果，均证实了含石量是影响土石混合体细观力学特性最重要的指标。P-波波速随着含石量的增大而减小，衰减特性随含石量的增大而增强。随着应力的增加，土石间的耦合作用变强，轴向波速、透射系数的波动式增长速率变慢;径向相对波速随应力的增加而减小，试样中裂纹的累积宽度不断增大。　　(4)采用宏观土石混合体单轴压缩试验与实时CT扫描试验相结合的手段，对试样内部感兴趣区域(ROI)的CT数特征进行了定量分析，进一步弄清了试样的损伤开裂机制;另外，基于数学形态学统计学原理提取裂纹的几何形态并分析其空间分布特征规律，对裂纹的长度、面积和平均宽度进行了定量描述，更有助于试样变形开裂机理和研究，也有助于进一步建立细观损伤演化方程。　　(5)为了尽可能地克服阀值分割法计算孔隙率具有不确定性这一缺陷，从CT图像自身出发，通过挖掘图像CT数变化规律来进行试样孔隙率的计算，提出孔隙度提取的灰度水平法。整个CT图像的灰度值分为基质和孔隙两部分，通过基质和孔隙CT数阈值的确定方法，可快速地计算试样的孔隙度，以便从细观孔隙演化角度分析其损伤开裂机制。　　(6)采用基于CT数的损伤变量定义方法对单轴加载条件下土石混合体试样的损伤特征进行了分析，得到了土石混合体的损伤演化方程和损伤本构模型。计算表明，土石体试样加载过程中损伤变量与主应变呈指数函数的关系，并且理论预测模型的计算结果和实测结果吻合较好。