在岩土工程、水利水电工程以及海洋工程等领域,很多实际问题最终可以抽象为材料界面迁移条件下的土体、水以及结构物三者耦合作用问题。例如,海洋工程中钻井平台常采用一种纺锤形的桩靴基础形式（又称为Spudcan）,为了保证具有足够的承载能力需要贯入土体达三倍以上直径的深度,在其持续贯入过程中土体和桩靴两种不同材料的界面发生迁移,界面上的物理力学特性也发生动态变化,并且伴随着复杂的土、水相互作用。与之类似的,在饱和土体中的沉桩过程、沉井沉箱施工以及盾构施工过程也涉及上述问题。此类工程实际可以归纳为两类科学问题:一是土体和结构物两种不同材料之间界面迁移问题,包括界面上的摩擦滑移问题以及结构物存在锋利棱角时对土体的切削问题（如沉井下沉过程中刃脚对土体的切削）;二是土体、水两者之间的相互作用问题。采用数值模拟手段对上述工程问题进行仿真对于提高施工设计水平、减少安全隐患具有极为重要的意义。然而,由于上述问题涉及土体极大变形（土体切削大变形以及流动大变形）,采用现有的网格类数值方法（如有限单元法,FEM）时常遭遇严重的网格畸变而导致计算失败,即便采用自适应网格重分和物理量映射相结合的方法（如耦合拉格朗日欧拉法CEL或任意拉格朗日欧拉法ALE）仍难以胜任。光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）是一种无网格拉格朗日粒子法,可以有效避免因极大变形导致的计算失败。本文在SPH框架下对材料界面迁移条件下的土、水、结构三者耦合作用问题进行研究,为此类问题提供新的解决方案。本文的主要研究内容和创新点如下:（1）针对土体与结构物两种不同材料界面上的摩擦滑移接触行为,提出摩擦滑移算法,修正了SPH方法自身所固有的由于“边界缺陷”导致界面接触力计算不准确的问题。该算法基于SPH粒子可以局部侵入结构物的假定,根据允许的残余侵入量,运用动量原理计算界面上的接触力并应用滑移条件对接触力切向分量进行修正使其不超过极限摩擦力,使位于界面上及附近的SPH粒子获得准确的加速度。对平面应变条件下刚性挡土墙上的被动土压力进行模拟计算,与现有SPH方法中忽略摩擦滑移的边界处理方式相比,本算法具有更高的精度和计算效率。（2）针对材料界面迁移条件下结构物存在锋利棱角时对土体的切削行为,提出了非对称自适应粒子剖分算法即用一系列较小的“子粒子”替代原有“父粒子”的方法,减轻了结构物棱角附近的数值振荡现象。在该算法中,“父粒子”被剖分之后,“子粒子”的空间坐标分布和质量分配由实时切削行为而定,而非现有研究中普遍采用的对称、均匀分配方式,可以更加真实地模拟结构物对土体的精细切削。以密度作为误差分析目标函数,通过优化“子粒子”的光滑长度取值,使得剖分前后误差达到最小值。模拟了平板水平向移动切土过程,对土体隆起变形以及作用在平板上的接触力进行了分析,结果证明:采用该算法可以有效减轻局部数值振荡现象,提高计算精度。（3）为了能够在土体存在极大变形的情况下考虑土-水两者之间耦合作用,基于两相混合物理论提出了土-水耦合SPH算法。该算法假定土体为理想弹塑性材料,水为弱可压缩牛顿流体,采用SPH方法分别离散土、水两相各自的控制方程,土、水两者之间相互作用力由孔隙水压力和粘滞剪切应力构成。引入了人工粘度、人工应力和人工压强等数值手段,用以消除SPH粒子之间非物理侵入以及张力不稳定问题。应用该算法可以精确地追踪极大变形条件下土体和水的自由表面、孔隙水压力以及孔隙率等变化规律。通过模拟U型管中渗流过程验证了算法的可靠性。（4）分别建立了笛卡尔坐标系以及轴对称条件下柱坐标系中的土-水-结构耦合SPH算法,在SPH框架下首次实现了土-水-结构三者之间耦合作用。在Visual Studio 2013&Intel Visual Fortran Composer XE2013集成开发环境下编制了土-水-结构耦合SPH程序SOILPH2O,并采用OpenACC加速器编程语言编制了基于图形处理器（GPU）的并行版本。应用SOIPH2O分别对平面应变条件下二维固结问题以及轴对称条件下纺锤形桩靴基础连续贯入问题进行了数值模拟和分析,结果证明:该算法可靠且有效,可以作为研究存在材料界面迁移以及土体大变形特征的土-水-结构耦合作用问题的有效方法。