粘性泥沙运动与变形问题性质复杂,影响因素众多,且观测困难,至今仍有很多重要问题尚未突破,亟待获取更多精确可靠的实验资料。同时,需从多尺度、多交叉学科的角度探求粘性泥沙的固有特性及其流动与变形的规律。为此,本文以流变学和泥沙运动力学等理论为基础,开展了如下主要研究工作:首先,本文研究了高浓度粘性泥沙在稳态剪切载荷作用下的流变特性及其流变行为。主要包括高浓度粘性泥沙固—液两相态转化的过程,低剪切应变速率、低剪切应变和低剪切应力作用下高浓度粘性泥沙的流变响应规律,不同剪切载荷类型、剪切时间、含水量、泥沙粒径组成对粘性泥沙流变特性的影响规律,分析讨论了Herschel-Bulkley与Carreau流变模型对于高浓度粘性泥沙的适用性,并通过量纲分析得出各模型参数的计算表达式。其次,研究了振荡载荷作用下天然高浓度粘性泥沙的流变响应规律。主要包括振荡载荷作用下天然高浓度粘性泥沙的典型粘弹性流变响应规律,不同振荡频率对粘性泥沙粘弹性特性的影响规律,利用快速傅里叶转换方法着重分析了大应变幅值下非线性应力波的响应规律,提出了振荡载荷作用下天然高浓度粘性泥沙的流变模型,进而探讨了波浪引起的泥沙流化机理。再次,研究了我国典型浅水平原型湖泊—杭州西湖底床泥沙的分层特性及其流变特性。主要测试了底床泥沙基本特性及其在剪切载荷作用下的流变特性,通过泥沙基本特性及其流变特性分析了西湖底床泥沙的分层特性,计算了波浪剪切力,根据经验公式计算了泥沙起动拖曳力,并探讨了表层泥沙起动时的临界拖曳力与其屈服应力的关系。最后,对比研究了天然泥沙和人工泥沙在稳态剪切和机械振动载荷下流变特性的变化规律。利用高级显微技术,观测了粘性泥沙在机械振动载荷作用后的微观结构变化,分析了振动频率对高浓度泥沙流变特性的影响,并初步探讨了机械振动载荷引起高浓度粘性泥沙流化在泥沙相关工程中的潜在应用。主要创新如下:(1)揭示了高浓度粘性泥沙在稳态剪切载荷作用下固—液两相态转化的过程,获得了低剪切载荷作用下高浓度粘性泥沙的流变响应规律,获得了Herschel-Bulkley模型与Carreau流变模型描述高浓度粘性泥沙流动行为的模型参数计算表达式。(2)获得了大应变幅值下非线性应力波的响应规律,提出了振荡载荷作用下天然高浓度粘性泥沙的流变模型,并从泥沙流变学的角度揭示了波浪引起的泥沙流化机理。(3)进一步证明了表层泥沙的屈服应力与起动时的临界起动拖曳力密切相关,揭示了泥沙流变特性对粘性泥沙运动的重要性。本文的研究结果为研究高浓度粘性泥沙问题提供了精确可靠的流变实验数据,提出了高浓度粘性泥沙的流变模型,对于深刻认识粘性泥沙流变特性与流变行为,以及泥沙输运问题有着重要的学术价值,为解决泥沙实际工程问题提供了新的理论支撑。