土石混合体在自然界中广泛存在且常被用作工程建设的原料,是一种重要的岩土介质。同时,由土石混合体构成的边坡经常出现滑坡等破坏。因此,有必要对土石混合体的力学特性以及土石混合体边坡稳定性开展研究,这对于保障工程的施工运行安全具有重要意义。土石混合体由“土”与“石”组成,这两类介质在尺寸和力学性质上存在较大差异,因此其力学特性复杂且受多类因素影响,尚缺乏物理意义明确的弹塑性本构模型。本文采用物理试验手段研究了土石混合体的力学特性及块体作用机理,建立了适用于土石混合体的弹塑性模型并实现了该模型的数值计算方法。本文取得的研究成果主要包括以下几个方面:(1)采用砾石和铝棒两种块体模拟方式,对土石混合体进行了平面应变试验,总结了土石混合体主要的宏观力学特性,揭示了影响土石混合体力学特性的主要因素为块体含量、形状与排列方式。通过对试验过程中块体运动的分析指出块体的旋转而非平动是影响土石混合体力学特性的重要细观运动特征,提出有效块体含量的细观参数综合考虑块体的主要影响。(2)基于CSUH模型框架,通过引入屈服比和孔隙比折减系数来描述块体含量和作用不同时土石混合体的临界状态和屈服特性,建立了土石混合体弹塑性本构模型。通过与平面应变试验结果的对比分析,验证了模型的有效性,给出了模型的关键参数确定方法以及适用范围。(3)进行了模拟土石混合体边坡的离心模型试验。基于试验结果分析了土石混合体边坡的宏观响应规律和细观块体运动规律。土石混合体边坡中块体的旋转而非平动是影响边坡破坏的重要细观因素,而滑动体内部的块体可以形成块体链以共同承担剪力,且块体链可以通过块体旋转来改变周围基质土体的位移分布。(4)将新建立的土石混合体弹塑性模型嵌入至有限元计算软件Abaqus中,实现了土石混合结构体的数值模拟方法。采用该方法分别对离心模型试验和实际工程进行了数值模拟。通过与离心模型试验位移测量结果的对比验证了方法的有效性,并进一步得到了土石混合体边坡中剪应力水平、大小主应力的响应,分析了边坡应力变形的发展规律。