胶凝砂砾石是将工程现场不筛分水洗的骨料、胶凝材料和水拌制而成的材料,符合当代绿色建筑理念。骨料是影响胶凝砂砾石材料及其筑坝技术推广应用的关键,天然骨料缺乏的地区需要补充人工破碎材料才能满足筑坝要求,故本文考虑到天然骨料和人工骨料在形状和级配两大特征上的差异,引入分形理论和熵权法理论对其进行骨料特征量化处理,设计不同骨料特征的单轴压缩和快速冻融试验方案,获取不同级配和圆-多边形掺合骨料浇筑的胶凝砂砾石的受力特征（强度、应力应变曲线）和耐久性指标（强度损失、质量损失）,为进一步优化分析提供依据。结合纳米压痕和SEM试验,从微观角度分析不同骨料特征对胶凝砂砾石性能影响,揭示其损伤特性。借助数值模拟手段,综合考虑骨料级配和骨料形状对胶凝砂砾石力学性能的影响,运用响应面分析方法以强度最大优化目标优化骨料特征参数。主要研究内容及结论如下:（1）采用分形理论和熵权理论建立骨料级配和复合规则圆形和不规则多边形骨料的特征参数模型,评估骨料形状和骨料级配,结果表明:对于骨料级配而言,越接近标准富勒级配,其级配分形维数越小;对于骨料形状而言,随着人工碎石型不规则多边形骨料的掺入量增多,骨料形状特征值随之降低。（2）通过室内试验,获得不同骨料特征下的胶凝砂砾石力学特征和耐久性特征,结果表明:随着不规则多边形骨料占比量的增加,胶凝砂砾石强度呈下降趋势;胶凝砂砾石材料强度随冻融循环作用次数的增加而降低;质量损失量均随冻融循环次数的增多而增大;不同形状的骨料对其界面过渡区的力学性能产生差异性影响,规则圆形骨料界面的弹性模量值略大于不规则多边形骨料界面。（3）通过数值模拟建立的胶凝砂砾石随机骨料模型对不同工况进行计算可知,在相同骨料级配分形维数时,胶凝砂砾石的力学性能随着骨料形状特征值的增大而增大;而在相同骨料形状特征值时,胶凝砂砾石的力学性能随着骨料级配分形维数的增大而降低。基于响应面分析方法建立的骨料特征与胶凝砂砾石性能之间的回归方程,实现最优骨料特征的配制,即75%规则圆形骨料+25%不规则多边形骨料,骨料级配为标准富勒级配。