随着核能技术的不断发展与利用,大量高放固体废物随之而生。对高放废物进行深地质处置是目前全世界公认的最具潜力、最有希望投入应用的处置方案。在高放废物处置库的设计中,废物罐周围的缓冲层由高压实的膨润土砌块堆砌组成,在施工过程中必然会形成施工接缝,而施工接缝成为了缓冲/回填材料潜在的水力缺陷与强度薄弱部位。处置库运行期间,缓冲/回填材料会受到热、水、力等多场耦合作用的影响,因此含接缝的缓冲/回填材料在热-水-力耦合（THM耦合）条件下的性能已成为高放废物处置库工程屏障设计与施工中关注的关键问题。本文以含施工接缝的高庙子（GMZ）膨润土缓冲材料为研究对象,从非饱和土的水热输运机制、力学模型及边界条件等问题出发,建立了能够考虑接缝愈合效应的膨润土热-水-力耦合模型。结合室内试验以及数值模拟对含施工接缝的GMZ膨润土缓冲材料的多物理场耦合过程及孔隙尺度下的溶质运移过程进行了模拟研究。主要研究内容包括:（1）将液态水流动传热和水汽迁移传热嵌入到所采用的能量守恒方程之中,基于Barcelona Basic模型（BBM）,通过分析膨润土砌块的吸水膨胀过程及接缝材料的压缩过程,建立了非饱和膨润土的热-水-力耦合模型。采用有限元软件Comsol Multiphysics对China-Mock-up模型试验进行了模拟计算,通过试验结果验证了所建模型的合理性。在此基础上,进一步分析了接缝愈合效应对于缓冲/回填材料的干密度、导热系数和渗透系数的影响。（2）研制了一种适用于非饱和膨润土组合试样的室内试验装置,利用该试验装置测定了进水前与进水后两种情况下GMZ膨润土组合试样不同位置处的温度和体积含水率随时间的演化规律。根据试验结果得到了膨润土组合试样接缝位置处愈合后的热传导系数和水力传导系数。采用所建的非饱和膨润土的热-水-力耦合模型对两种情形下膨润土组合试样不同位置处的温度和水分随时间的演化规律进行模拟计算,并将模拟计算结果与试验结果进行了对比验证。（3）综合考虑了非饱和土内部可能经历的冰-水相变和水-汽相变过程,并考虑了液态水流动传热和蒸汽运移传热及温度势对液态水流动和蒸汽迁移的影响,建立了非饱和土的水-热-汽耦合模型。采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对所建模型进行了求解。为了验证所建理论模型的合理性,对第一类热边界条件下半无限空间介质内非稳态温度场、体积含水率及水汽通量的分布情况进行了模拟计算,并将计算结果与未考虑耦合的解析解进行了对比验证和分析。最后,重点对高放废物处置库中缓冲材料膨润土的热-水-汽三场耦合问题进行了模拟研究,并进一步分析了地下水压力和热源温度的变化对其内部水热演化规律的影响。（4）采用SPH方法对描述多孔介质中孔隙水流动的Navier-Stokes方程和描述溶质扩散过程的线性齐次二阶微分方程进行了求解,建立了能够模拟多孔介质孔隙中流体流动和溶质扩散的二维模型。通过求解低Peclet数下对流扩散方程的一维定解问题,验证了模拟方法的准确性。在此基础上,进一步在孔隙尺度下对低Peclet数条件下的膨润土砌块内部和含不同宽度接缝的组合膨润土砌块内部的孔隙水流动和溶质扩散问题进行了模拟计算。通过模拟试验得到了流体粒子在膨润土砌块孔隙通道内以及砌块之间接缝内的流动速度的分布云图、溶质穿透膨润土砌块和含不同宽度接缝的组合膨润土砌块的穿透曲线,以及流体粒子在膨润土砌块内部的实际运动路径。在此基础上,进一步给出了迂曲度的计算方法。