香港地区广泛分布着花岗岩风化土，由于该土层常常是边坡失稳的主要载体，因此研究该土层的工程地质特性有着十分重要的实际意义。又由于残余花岗岩结构特征，使该土层的变形和强度特性不同于一般残积土，为研究微观结构特征对土体强度的影响，本文以香港地区九龙花岗岩风化土为对象，对该类土体进行了一系列的物理、化学和力学试验，包括化学分析、颗粒分析、矿物成分分析、压汞试验、固结试验、直剪试验、三轴剪切试验、光学分析、SEM&TEM分析、以及在CT监测下的三轴剪切试验等。在大量试验数据的基础上，综合分析了风化作用强度和风化等级的划分依据，影响花岗岩风化土变形和强度的决定性和控制性因素，以及这些因素之间的相互影响和制约关系。 论文以光学薄片分析为重点，介绍了描述土体微观结构的主要参数，这些参数在描述颗粒形态、分布等特征方面、以及应用于土体微观结构数值模拟有实际意义；在此基础上，作者提出或改进了多个颗粒形态系数，用来刻画颗粒几何形态，介绍了如何利用这些形态系数重建颗粒形态。其中，特别提出了颗粒形态分维定量描述形态不规则性和空间充填能力，分析了形态分维数对土体强度的影响。同时，论文引进了定量刻画岩(土)体整体微观结构的综合参数——结构系数，将结构系数应用于花岗岩风化土取得了初步成效。 应用分形理论和方法，重点分析了花岗岩风化土的颗粒分布和孔隙结构的分形特征，在薄片分析和压汞试验的基础上指出，无论是颗粒组成，还是孔隙结构，花岗岩风化土的分形均有至少两个分维数Df1(DB)、Df2(Dw)。文中分析了导致这种多重分维现象的起因和物理意义，并利用它计算了九龙花岗岩的形成深度、风化速率。作为实际应用，作者试图建立分形与土体基本工程特性之间的联系方式和数学模型，以分维数与土体物理力学特性之间进行相关分析，结论是土体内摩擦角主要取决于Df2，对应粗粒成分；凝聚力主要取决于Df1，对应细粒成分；分维数与凝聚力和摩擦角之间均呈正相关。 从理论上推导了颗粒和孔隙组成的分形模型，从分形的角度分析了颗粒发生破碎的力学机制；利用分维数计算颗粒破碎概率的方法和数学方程。在综合多种水份特征曲线模型的基础上，建立了分数维与水份特征曲线之间的理论联系，得出它们之间的简单函数关系，这些联系关系为多孔介质的渗流和溶质运移研究提供了新的分析工具和研究方法，并给分维数赋予了新的物理含义，为将分形应用于土水特性、地下水运移、环境科学等建立了联系的桥梁。 利用从花岗岩风化土的分形结构特征得出的基本结论和规律，作者分析和推导了强度尺寸效应的分形表达方式，该方程与经典的Weibull模型完全统一，并且二者之间具有简单的联系函数形式。 论文最后分析了多重分维的理论形式，并以水份特征曲线方程和花岗岩风化土粒径分布等实测数据进行验证，说明多重分形比单一分形能更准确地描述对象的特征。花岗岩风化土的多重分形结构，反映了土体结构不均匀性，也反映了土体形成过程中应力环境的变化。