土石混合体是一种介于土和岩体之间的高度非均匀不连续体，其复杂的物理力学行为使之游离于基于连续介质力学理论的传统岩土力学理论体系之外。同时，由于其广泛分布性以及作为主要的成灾因素之一，围绕土石混合体的研究在水利、隧道、矿山、公路工程及防灾减灾等岩土工程问题中越来越多地涉及。　　对于土石混合体这一高度非均匀不连续体，从细观尺度研究其细观结构的力学响应是对其宏观力学性质研究的合理而有效的突破口，为此本文做了如下几方面的工作:　　1.研究了适用于土石混合体/混凝土类非均质材料的二维随机细观结构生成方法。在该模型中，采用符合级配等形态学规律的随机多边形来代表散布于土/砂浆等基质中的块石骨料，并以随机投放的方式确定块石骨料在基质中的分布形态和位置。投放时，如何防止投放的块石间的重叠是主要的技术难点。传统的投放算法基于试算法，即首先为待投放块石找到一个随机位置，然后判断待投放块石在该位置上会否与已投放块石间发生重叠，若发生重叠，则为待投放块石重新选定随机投放位置并重复以上过程直至不发生重叠。这使得基于试算法的投放算法较为耗时且在块石间粒径差异较大的情况下可能导致投放失败，因为这种情况下投放域多为大粒径块石所占据，利用生成随机位置的方法来找到大块石间的有限孔隙用于投放小粒径块石不可行。为此本文通过引入石根华博士的EAB算法，建立了一种脱离试算法框架的高效的块石投放策略。得益于EAB算法能将两个多边形之间的重叠与否转化为判断一个参考点是否落在某一多边形（称为进入块）内，新建立的块石投放策略可描述为:首先将待投放块石的几何中心作为参考点，由EAB算法计算得到待投放块石与全部已投放块石间形成的进入块，而投放域去除进入块的部分即为当前块石的可行投放域（待投放块石在该域内投放将不与任何已投放块石发生重叠），在可行投放域中随机确定一投放位置即可完成该块石的投放。新的投放策略较试算法目标更为明确且能节省计算开销，从而更为高效可行。　　2.在模拟阶段，针对建立的土石混合体二维随机细观结构模型，基于数值流形法开发了适于模拟非均质材料力学响应的数值模拟框架。考虑土石混合体中块石与土间物理性质的巨大差异使得对土体变形模拟的精度要求比对块石的更高。在数值流形法中，计算精度由数学网格的细密程度决定，而当前的数值流形法分析程序只能生成一套均匀统一的数学网格，而无法对所关心的对象和区域进行数学网格的加密。为此，通过引入多层数学覆盖从而可为土体和块石生成单独的数学网格，实现两者在变形计算精度上的差异。特别地，由于块石的刚度较大，将其视为离散块体是合理的，故块石的数学覆盖将逐个生成，使得一个块石即为一个流形单元，位移模式为线性函数，应变为常应变，这实际上是将块石视为DDA块体来处理，从而不仅最大程度地降低了由于块石上的数学覆盖所带来的计算开销，而且实现了NMM与DDA的耦合。在这样的一个基于多层覆盖的NMM-DDA耦合框架下，土体可以单独地划分细密的数学网格从而增加其计算精度。最后，利用所建立的NMM-DDA耦合框架来模拟了土石混合体数值试件的非线性名义应力-应变曲线，从而验证了该基于多层覆盖的NMM-DDA耦合框架在模拟散体系统与连续介质的相互作用时的有效性。　　3.探讨了作为三维DDA/NMM的重要组成部分，也是实现对三维土石混合体细观结构模型的力学响应的进行基于NMM的数值模拟的前提条件的三维接触算法。通过相关文献的阅读整理以及对石根华博士的部分三维DDA开源程序的解读，总结和详细地介绍了包括三维块体的几何描述方法、三维的接触对类型与进入对类型、进入对的施加接触弹簧的位置以及法向侵入量的计算表达式、如何将接触对转化为对应的进入对，以及如何在上下计算时步间进行接触对的传递这五个方面在内的一套完整的三维接触算法。DDA通过时步累积来实现大变形，大位移的模拟，并依赖于“开合迭代”和罚函数法来处理块体间的接触。其对于包含接触的块体系统的力学响应模拟的流程包含三个步骤:①在每个计算时步开始前，首先需要确定当前计算时步的潜在接触对（四种基本类型），然后将其转化为当前计算时步的潜在进入对（两种基本类型），②之后为了实现相邻计算时步间的接触传递，将上一计算时步末未张开的进入对与当前计算时步的潜在进入对之间进行匹配，匹配成功的继承侵入量、接触状态等计算参数，获得匹配的潜在进入对转变成为当前计算时步的真实进入对，③由于进入对明确了接触弹簧施加的位置以及相应的法向侵入量（用于确定接触力的大小以及用于添加到系统方程中的接触子矩阵），对当前时步的潜在进入对与真实进入对进行“开合迭代”，“开合迭代”的过程可以描述为在进入对上重复地加减接触弹簧，直至全部进入对上的接触弹簧加减状态稳定，则当前计算时步完成，将当前计算时步末未张开的进入对传递给下一计算时步。　　以上所做三个方面的工作中，前两者是本论文所做的主体性研究工作，分别围绕土石混合体细观结构的模型构建和数值模拟展开，第三部分则是对于本文研究主题的延伸拓展，从而为实现将本文的研究主题由二维向三维拓展奠定一部分基础。