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本论文主要包括两部分独立研究内容:一、基于颗粒类材料在土木、水利工程中广泛应用,其在高应力作用下易发生破碎,影响颗粒体系变形力学性质这一研究背景,论文综合室内试验和三维精细化数值仿真方法对单颗粒和颗粒料层的受压渐进破碎行为进行模拟,研究破碎效应的影响要素及描述函数,并将其拓展为考虑宏-细观耦合的多尺度模型,应用于探究堆石料破碎属性对面板堆石坝变形力学响应的影响;二、基于工程监测数据和数值仿真,对高坝水库蓄水后河谷-库坝的变形机理进行了深入分析和探讨。本文的主要研究内容和创新成果如下:（1）单颗粒压缩破碎效应研究。通过解析解和基于内聚力模型的数值仿真研究了准脆性球形颗粒单轴压缩的破碎行为和影响因素,揭示了其主要破碎机制。考虑细观非均质的岩块压缩破碎效应,提出了考虑空间相关属性的随机场模型生成算法,通过FE-SPH耦合方法研究了随机非均质岩块碾压的渐进破碎特征。数值结果与试验均符合良好。（2）颗粒料层压缩破碎效应理论模型研究。通过室内试验与理论推导,研究了不同入料情况下破碎特征指标的分布规律,揭示了细料区间颗粒的均匀分布特征,提出基于输入能量确定破碎后粒径分布曲线的Es-t10-tn预测模型,验证了颗分曲线自相似特性并讨论了其成立条件。（3）考虑破碎效应的侧限压缩和三轴试验数值仿真研究。基于单颗粒数值试样建立了料层压缩破碎数值模型,研究了侧限压缩和三轴试验下颗粒料层的细观渐进破碎特性及其对宏观变形力学特征的影响,数值仿真结果与试验符合良好。（4）基于细观颗粒破碎模型,开展了堆石坝应力变形宏-细观多尺度仿真研究。以水布垭面板坝工程为例,研究了堆石料破碎效应对大坝沉降和面板变形的影响,仿真结果表明考虑破碎效应的计算沉降变形更接近实际监测结果。（5）高坝水库蓄水河谷—库坝变形机理研究。研究了溪洛渡大坝—河谷变形响应特征和主要机理,揭示了坝址基岩温降是大范围谷幅均匀收缩的主因,而蓄水导致灰岩顶板渗压增加是坝基与下游河谷上抬的主要原因,且基岩温降与渗压对谷幅变形具有耦合效应。据此建立的库水—温降—渗压模型全面验证了变形监测的成果。