堆石坝防渗心墙常用掺砾黏土填筑，由于掺砾黏土与坝壳堆石料变形模量存在差异，使得心墙容易因多种原因出现裂缝。倘若心墙裂缝发生扩展，则必然威胁大坝安全，因此，心墙裂缝已成为高心墙堆石坝建设中亟待解决的关键问题之一。心墙及心墙裂缝的应力状态往往比较复杂，揭示心墙掺砾黏土在不同应力状态下的断裂破坏机制、提出相应的断裂判定准则，对解决心墙裂缝问题至关重要。鉴于此，本文通过试验测试和理论分析，建议了适用于掺砾黏土的Ⅰ型、Ⅱ型断裂韧度测试方法，提出了评价掺砾黏土抗裂性能的指标，查明了不同应力状态下掺砾黏土的断裂性状，建立了掺砾黏土的断裂判定准则，揭示了掺砾黏土的断裂破坏机制。论文的主要工作及研究成果如下：
　　(1)提出了改进的土体I型断裂试验方法，获取了掺砾黏土Ⅰ型断裂性状，查明了影响土体断裂韧度和抗拉强度相关性的关键因素，估算了掺砾黏土的微破裂区尺寸。针对土体Ⅰ型断裂试验中常用试样结构存在易受干扰且有效断裂区域过小的缺陷，引入直裂缝半圆弯曲NSCB试样，建立了压实土体NSCB试样的制备方法和试验加载方法，提出了压实土体NSCB试样合理的缺口长度和厚度。查明了掺砾黏土Ⅰ型断裂韧度的影响因素，获取了Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度的相关关系，揭示了不同压实土体断裂韧度和抗拉强度的线性比例系数存在差异性的原因。建立了直接压实土体的断裂韧度和抗拉强度经验关系式，估算了掺砾黏土的微破裂区尺寸。
　　(2)研制了土体Ⅱ型断裂测试仪器，提出了掺砾黏土发生Ⅱ型断裂的试验条件，查明了掺砾黏土Ⅱ型断裂性状，分析了不同材料的Ⅱ型断裂韧度测试结果存在差异的原因，建议了掺砾黏土的Ⅱ型断裂评价指标。根据Melin剪切断裂判定准则，理论分析了Ⅱ型断裂发生的加载条件，研制了土体II型断裂测试仪器，建立了掺砾黏土立方体断裂试样的制备方法以及裂缝预制方法，通过试验尝试和验证，查明了掺砾黏土发生Ⅱ型剪切断裂的加载条件和试样条件，指出了Melin剪切断裂判定准则的缺陷。建议了掺砾黏土Ⅱ型断裂韧度测试的建议试样尺寸，测试了掺砾黏土Ⅱ型断裂韧度KIIC，揭示了掺砾量对KIIC的影响机制。对剪切盒断裂试验方法进行了理论分析，针对加载过程中存在受力状态和理论受力状态不吻合的问题，建立了考虑试样实际受力状态的Ⅱ型应力强度因子公式。对周群力经验剪切断裂准则进行了理论解释，探讨了不同材料在不同测试方法下得到差异性KIIC的原因，采用统一图解法揭示了不同试验方法得到的KIIC具体含义。
　　(3)验证了广义最大周向应力GMTS准则在描述土体拉剪断裂行为中的适用性，查明了试样结构引起的差异性复合包络线的原因，揭示了掺砾黏土的拉剪-张拉断裂机制。引入斜裂缝半圆弯曲(CNSCB)试样，开展了掺砾黏土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验，建立了掺砾黏土的经验断裂准则，指出了土体经验断裂准则和经典理论准则的不足。引入了GMTS准则，结合掺砾黏土微破裂区尺寸(临界尺寸)，验证了其在掺砾黏土断裂行为预测中的合理性，查明了裂缝倾角、相对临界尺寸对裂缝尖端应力场、张拉起裂角的影响规律，解释了不同复合型断裂试样产生差异性结果的根本原因，揭示了拉剪作用下掺砾黏土的张拉断裂机制，建议了拉剪作用下掺砾黏土开裂的评价指标和评价方法。
　　(4)查明了单向受压作用下含中心裂缝掺砾黏土的断裂性状，建立了闭合裂缝和非闭合裂缝的压剪-张拉断裂准则，揭示了掺砾黏土的压剪-张拉断裂破坏机制。开展了中心裂缝掺砾黏土单轴压缩试验，查明了掺砾黏土非闭合裂缝试样和闭合裂缝试样的压剪断裂性状，分析了目前传统理论无法描述压剪作用下裂缝起裂行为的原因。针对非闭合裂缝，引入相对钝化系数和相对临界尺寸，建立了考虑裂缝几何特性和T应力的非闭合裂缝压剪-张拉起裂准则，揭示了相对钝化系数、相对临界尺寸、应力状态对非闭合裂缝张拉起裂角、起裂应力的影响机制；通过与不同类岩石材料进行对比验证，验证了准则的合理性，且建议了准则的适用范围。针对闭合裂缝，考虑T应力的具体存在形式，建立了考虑T应力全分量的压剪-张拉断裂准则，查明了相对临界尺寸、应力状态、T应力分量对闭合裂缝压剪张拉起裂的影响机制，验证了其在掺砾黏土中的合理性，揭示了掺砾黏土闭合裂缝的张拉起裂机制，分析了目前临界尺寸计算方法中存在的不足。
　　(5)分析了目前剪切断裂判定准则中的缺陷，综合张拉断裂和剪切断裂模式，建立了闭合裂缝和非闭合裂缝的压剪-剪切起裂判定准则，揭示了掺砾黏土压剪-剪切断裂机制。通过分析了断裂韧度与强度参数之间的内在联系，指出了Melin剪切断裂判定准则中开裂阈值无法考虑正应力的缺陷。采用应力型判据，综合张拉起裂条件和剪切起裂条件，建立了压剪裂缝的剪切起裂判定方法。查明了裂缝几何特性、应力状态、材料属性对断裂破坏模式的影响机制，揭示了掺砾黏土发生剪切断裂的内在机制，提出了掺砾黏土心墙裂缝的分析方法。