饱和岩土体的温度场-渗流场-应力场(THM)耦合问题是近年来岩土工程领域的研究热点与难点之一。以颗粒流体动力学为理论基础的清华岩土热力学模型(TTS)采用Onsager迁移系数矩阵等热力学概念对能量耗散进行定量表征,物理机制不同于传统弹塑性理论,为分析和预测岩土体多场问题提供了新的途径。本文以TTS本构模型为基本研究对象,对其率相关性、热-力耦合性质进行系统的多尺度研究,并以模型为基础开发THM耦合的轴对称有限元计算程序,重点对饱和黏土的热固结和温度蠕变性质开展深入研究,主要取得了以下成果:(1)系统研究TTS模型的率相关性质,提出了TTS模型的黏滞应力表达形式,使综合考虑黏滞耗散和非黏滞耗散的TTS模型能够对诸多岩土体的率相关问题给出很好的数值模拟和机制解释。(2)以TTS模型为基础,在Matlab平台开发了THM耦合的轴对称有限元计算程序。采用无重地基承载力、一维渗流固结、饱和土体THM耦合过程等多个算例对程序的正确性和精确性进行了验证。程序为分析岩土工程复杂THM耦合问题提供了一种新的途径。(3)应用THM耦合有限元程序对已有的饱和黏土固结排水升温试验进行系统探究,发现土体内部的温度场不均匀性和孔压累积对土体体积变化有显著影响。研究得出,饱和黏土的升温体变是热胀冷缩效应、热塑性机制(次固结),以及超静孔压引起的固结效应(主固结)和有效应力降低所共同作用的结果。(4)以界面力学理论为基础,推导了饱和黏土的温度相关的微观有效应力表达式。研究表明,随温度升高,结合水分离压增大,导致土颗粒有效应力降低,从而引发土体的塑性重分布,宏观表现为体缩。这一理论研究为温度蠕变等饱和黏土的特殊热-力耦合性质提供了新的微观解释机制。(5)首次将TTS模型应用于岩石类材料的热-力耦合性质分析,并对深层地热井的套管-水泥环-围岩系统进行了平面有限元计算,发现材料界面处的温度应力随温升表现出明显的非单调性,对油气井和地热井的工程设计具有重要意义。(6)应用五阶龙格库塔法,将TTS模型分别植入通用有限元ABAQUS和Code_bright,并对土体的率相关性、围压相关性等进行分析与验证,实现了TTS模型在商业有限元软件中的植入与应用。