土石混合体不仅广泛存在于三峡库区、西南地区、东南地区等,还常常作为工程材料用于各种建设。工程建设中的许多岩土工程问题都以渗流分析为基础,由于土石混合体的渗流分析多基于等效连续介质理论,使得土石混合体渗透系数及其尺寸效应成为土石混合体渗流分析的一个重要的基本问题。目前,土石混合体渗透性研究主要有土工试验和数值试验两种手段。其中,土工试验成本较高,且受试样尺寸限制,难以开展大量、任意尺寸的渗透性测试,无法有效研究渗透系数的尺寸效应;而数值试验则是基于试样的细观结构模拟渗流过程,进而测算试样的渗透系数,但未就试样中块石的随机分布对渗透系数及其尺寸效应的影响加以研究。为此,本文先构建土石混合体试样渗透系数数值测试系统;其次,针对不同含石率和试样边长与块石最大粒径之比(即lvd)的试样,测试其渗透系数,研究了不同含石率试样渗透系数的统计特征及尺寸效应,揭示了含石率对渗透系数及其REV的影响规律,以期丰富土石混合体渗透性研究的成果。主要研究内容和结论包括:(1)基于饱和渗流理论和数值流形法,忽略岩块的透水性,只考虑水在土体中的流动,构建了基于细观结构的土石混合体饱和渗流数值流形元(NMM)模型,编制了matlab程序并通过算例加以验证。算例表明所编程序与有限元渗流模拟程序均可模拟土石混合体渗流过程;而且对含有大量岩块的复杂渗流求解域,本文程序的网格生成较有限元更为方便。(2)以土石混合体细观结构随机生成程序和(1)中程序为基础,构建了土石混合体试样渗透系数数值试验系统,编制了matlab程序并用算例加以验证。算例表明,所建数值试验系统可有效的用于土石混合体试样渗透系数的测定。(3)利用(2)中的数值试验系统,模拟了不同含石率、不同lvd土石混合体试样的渗流场,并测算试样的等效渗透系数;并对其统计分析结果表明:当含石率和lvd一定时,渗透系数符合高斯函数分布;土石混合体试样的尺寸越大渗透系数分布越集中。(4)利用(3)中所得渗透系数数据,研究了土石混合体试样渗透系数的尺寸效应。结果表明:当含石率不超过0.4时,渗透系数的特征单元体体积(REV)约为试样中岩块最大粒径的10-20倍,而含石率超过0.4后,REV约为岩块最大粒径的20-30倍;渗透系数的REV随含石率的增加而增大,近似成指数关系。