自旋-玻色模型是凝聚态物理、光-物质相互作用系统、开放量子系统等领域中的典型模型,该模型量子相变相关方向的研究一直是许多物理领域下的热点问题。在这篇博士学位论文中,我们考虑了一些在实验上能通过固态器件实现的调控方案,例如系统与环境各向异性耦合,对两个自旋施加反铁磁型外场,引入自旋间复杂的相互作用等,分别对自旋-玻色模型进行拓展,并研究了拓展后的模型丰富的量子相变和相图。我们按以下四个部分介绍得到的理论结果:首先,我们利用一种数值精确的计算方法,基于变分原理的矩阵乘积态法（VMPS）,研究了旋波近似下的自旋-玻色模型。我们发现无论反旋波项是否存在,亚欧姆环境下总是会发生二级相变现象,同时临界行为只和谱函数的幂指数有关。当谱函数中的幂指数较大时,该模型既会发生一级相变也会发生二级相变现象。意料之外的二级相变现象可以通过多个相干态变分法（MCS）进一步确认,而一级相变现象可以通过截断的希尔伯特空间下的精确对角化（NED）进行验证。如果将模型延伸到欧姆谱,甚至可以发现多个一级相变现象,与以前发现的结果有所不同。其次,我们研究了各向异性相互作用下自旋-玻色模型的相图以及量子相变。我们利用VMPS方法数值计算了基态下的宇称、序参量、二能级系统与玻色场之间的纠缠等物理量,发现了丰富的量子相区:（Ⅰ）偶宇称性质的非局域相,（Ⅱ）奇宇称性质的非局域相（系统-环境高度纠缠）,（Ⅲ）对称性破缺的局域相,三条相界相交于量子三相点。由于相区（Ⅱ）与（Ⅲ）存在竞争关系,在谱函数幂指数s较小并且系统-环境强耦合的情形下,局域相占据主要地位但是依然存在部分高纠缠区域,对应区域序参量被抑制形成局域最小值。而且,存在合适的各向异性参数,使体系随耦合常数的变化依次经历相区（Ⅰ）（Ⅲ）（Ⅰ）（Ⅲ）,导致体系反常地二次进入局域相并发生多次二级相变过程。在光-物质相互作用体系的其他系统中,没有发现过这种新奇的现象。随后,我们讨论了反铁磁型外场下双自旋-玻色模型。对于亚欧姆谱情形,我们利用VMPS方法数值计算了基态下的一些物理量,例如序参量和纠缠熵。我们确实发现这个模型中存在新奇的三相点,并且位于二级相变与一级相变相界交点处。相界可以通过纠缠熵的变化以及能量的一级、二级导数来确定。对于欧姆谱情形,反铁磁型外场能直接驱动Kosterlitz-Thouless（KT）相变成为一级相变过程。最后,我们考虑了自旋间存在XY型相互作用的双自旋-玻色模型。在Dicke-Isng和双自旋-玻色模型中,自旋间XX型相互作用能够剧烈的改变相变类型。如果同时引入YY型相互作用,两者的竞争会导致大自旋的总角动量不再守恒。通过同时调节自旋间XX和YY型相互作用,将会诱导产生新奇的量子相变现象和更加丰富的相图。亚欧姆环境中,我们通过VMPS方法对宇称、序参量、总角动量j、纠缠熵等物理量的计算,找到四种量子相区:（Ⅰ）j=1的奇宇称相、（Ⅱ）j=1的偶宇称相、（Ⅲ）j=0的奇宇称相、（Ⅳ）j=1的局域相。这些相区由两条二级相界、三条一级相变相界区分,并在K<0和K>0两种参数空间下各存在一个三相点,其中K是自旋间XX和YY型相互作用的强度。丰富的相区导致多种相变现象发生,即使是欧姆谱,也可以在某些参数空间下使得KT相变与一级相变同时存在。上述的几种扩展的自旋-玻色模型,都可以在超导电路QED系统和离子阱中实现。我们相信这些模型可以作为一种全新而又重要的测试平台,去研究丰富的量子临界性以及新奇的量子三相点。