本文综合应用理论分析、数值计算和实验测量等手段研究了沙床表层颗粒的起动、运动及生物固结，导出了水桥几何形状方程和两颗沙粒间内聚力的表达式，数值求解水桥几何形状方程后给出了内聚力的数值解，将其代入单颗沙粒在起动瞬间的力矩平衡方程得到了起动风速的理论结果，结果表明，当风速较小时，蠕移输沙率在总输沙率计算过程中不能忽略不计；随着风速的增大，蠕移量所占的比例迅速减小；自行研制了测量生物结皮力学行为的专用实验装置，通过单向拉伸和弯曲蠕变实验得到了Young氏模量与屈服应力等关键力学参数，发现了无论是天然形成的多物种的生物结皮还是室内培养的纯种蓝细菌结皮均可以在室温下发生短期蠕变行为这一新现象，探讨了生物结皮对流体起动的影响、跃移沙与人或动物的践踏对结皮的破坏等问题，结果表明，生物结皮可以使起动风速获得极大的提高；刚度大、强度低的生物结皮更容易被跃移沙粒所破坏；无论是游人的还是牲畜的践踏作用均可以对早期的生物结皮造成破坏；其中，通过对跃移沙碰撞生物结皮的研究不但建立了一个联结跃移沙粒的临界撞击速度和结皮性质的解析关系式而且从理论上提出了一个植物固沙的定量评估标准，评估标准的提出是联系基础理论研究与治沙工程实践的一种尝试。