土石混合体是指第四纪以来形成的，由具有一定工程尺度、强度较高的块石、细粒土体及孔隙构成且具有一定含石量的极端不均匀松散岩土介质系统。土石混合体在自然界中具有广泛的分布，尤其在我国构造背景复杂、活动断裂发育、高山峡谷地貌特征突出的西南地区，这类复杂的地质体发育更为广泛。由于构成土石混合体的两种组分“土体”及“块石”在物理力学性质上具有极端的差异性，使其与一般的土体或岩石(岩体)在物理力学性质上具有明显的差异。土石混合体的提出及深入研究是当今工程建设的需要，也是现代岩土力学发展的必然。论文从土石混合体的细观结构特征入手，对土石混合体的细观结构力学、变形破坏机理及边坡的稳定性进行了系统的研究，取得了以下创新性成果和认识：　　 鉴于目前对土石混合体的概念及分类系统还不一致，本文在大量野外试验、调查研究基础上对土石混合体的概念及分类体系进一步系统化，并提出了土石混合体细观结构力学的概念，为土石混合体的纵深研究奠定了基础。　　 随着计算机技术及数字图像处理理论的飞速发展，数字图像处理技术被成功地应用于许多领域，也为土石混合体结构特征的定量描述提供了可靠的技术支持。基于数字图像处理技术，本文系统地提出了土石混合体细观结构定量分析方法及定量化指标。研究表明：土石混合体内部块石的粒度组成、块石形态、定向性等细观结构特征在宏观统计层次上具有明显的自相似性。　　 基于大型野外试验对土石混合体的物理力学性质及变形破坏机理，进行了系统的分析和研究，本文提出了水下土石混合体野外试验方法，并推导了原位水平推剪试验的三维数据分析方法。结果表明：土石混合体在剪切过程中具有明显的剪胀现象，且随着含石量的增加或围压的降低，剪胀性更加明显；含石量对土石混合体的强度有很大的影响，而块石，尤其是粒径较大的块石的空间位置对试样剪切带的形态及位置有很大的影响。本文对现有单环渗透试验设备进行了改进，并应用其对土石混合体的渗透性进行了研究。结果显示块石的增加使得土体更不易充满块石间的空隙，导致渗透系数随着含石量的增加而增加。　　 基于数字图像处理技术，本文建立了土石混合体真实的细观结构模型，并利用几何重建技术将由二元图像表示的结构模型转换为CAD格式，从而能够导入现有有限元分析软件进行数值试验研究，系统地实现了由图像→几何模型→细观力学数值试验的跨越式研究。论文利用该方法对一土石混合体断面进行了大尺度数值剪切试验研究，从细观角度揭示了土石混合体剪切破坏的三种扩展模式；并对土石混合体真实结构模型进行了数值渗透试验研究，揭示了其渗透破坏特征及机理；对一土石混合体边坡断面进行分析，建立了边坡真实的结构模型，并利用强度折减法对其稳定性进行了分析并取得了很好的成果；提出了基于块石断面序列的三维真实模型几何重建方法，为土石混合体的三维细观结构重建提供了技术支持。　　 基于蒙特卡罗算法的随机模拟技术，本文首次建立了土石混合体的二维及三维任意多边形或多面体的随机结构模型，打破了传统的研究过程中仅限于规则多边形的二维随机生成方法，开发了相应的软件系统(R-SRM)，使土石混合体的细观结构力学研究实现了飞跃。　　 基于R-SRM软件系统按不同的细观结构特征随机生成了土石混合体的细观结构模型，开展了一系列双轴及真三轴数值试验研究，系统分析了土石混合的细观破坏机制，含石量、粒度组成、块石定向性等细观结构特征对宏观力学及宏观渗透特性的影响，提出了这类高度非均质岩土介质的宏观渗透系数上、下限计算式。运用有限元强度折减法对随机生成的土石混合体边坡结构模型进行了稳定性分析，结果表明：总体上看来土石混合体边坡的稳定系数随着含石量的增加而增加，同一含石量条件下边坡的稳定系数又随着粒度组成的不同而不同，且边坡内部巨型块石的空间位置对边坡的稳定性影响较大，建议在该类边坡工程的稳定分析及加固设计时应尽量考虑其细观结构特征尤其是巨型块石的空间位置。　　 本文以金沙江中游梨园水电站坝址区左岸下咱日土石混合体边坡为例，提出了基于逆向工程的复杂地质体精细建模及FLAC3D模型生成方法，解决了三维地质体精细结构模型建立的瓶颈问题。运用FLAC3D对下咱日土石混合体边坡在库水位上升及下降过程中的渗流场及位移场进行了分析，并用强度折减法研究了其在库水位上升及下降过程中的三维稳定性问题，表明：在库水位上升过程中边坡稳定性首先呈现下降趋势，然后又出现回弹上升；库水位的骤降对边坡稳定性的影响较大，且这种影响随着骤降幅度的增大而增大。基于附加质量法对地震作用下水下土石混合体边坡的动力学响应进行了数值分析研究。根据构成边坡各类土石混合体的现场及室内数字图像粒度分析结果，运用R-SRM2D生成了边坡的随机结构模型，并运用强度折减法对其稳定性进行了分析，表明考虑块石后获得的稳定系数有明显的提高。