本文从设备研制、材料试验、数学模拟以及实际工程问题的仿真数值计算等多方面入手，较为深入而系统地研究了泥钙质胶结砾岩在多轴条件下的力学特性，分析了实际工程中软弱基础与拱坝结构之间的相互作用。本文研究成果如下： 作为国内第一个机电伺服岩石、混凝土双轴流变试验室建设的参与者和使用者，作者一方面根据试验需要，设计新的仪器辅助部分；另一方面通过分析，找到试验中出现问题的原因，并采用新的技术手段和试验技巧，使问题得到解决。通过这些措施，再加上仪器原有特色，仪器能够满足双轴流变试验和其它力学性能测试试验的试验要求。 试验和对比在单轴、双轴和常规三轴条件下，干燥和泡水泥钙质胶结砾岩的瞬时变形特性。与单轴条件相比，在多轴条件下，砾岩的强度和刚度均有所提高。并且通过试验，得出在低应力范围内双轴试验能代替三轴试验的结论。根据试验结果，构造出砾岩的次弹性力学模型，并将其编入有限元程序，应用于实际工程计算中。 试验在单轴、双轴条件下，干燥和泡水砾岩的流变特性。试验成果表明：砾岩的流变泊松比大约是弹性泊松比的两倍；在低应力条件下，流变前后砾岩弹模变化不大；泡水后，在相同应力条件下，与干燥状态相比，砾岩不仅瞬时变形增大，流变也相应增大；多轴条件下砾岩流变与单轴条件下有很大不同。通过分析单轴、双轴比例加载和双轴定侧限加载等几种条件下流变试验结果的不同，构造出非线性多轴流变模型，并将其编入有限元程序，应用于实际工程仿真计算中。 针对前面干、湿条件下，泥钙质胶结砾岩各项力学性能差别很大的特点，考虑砾岩遇水膨胀性，在有荷载条件下，试验泥钙质胶结砾岩在由干到湿，再由湿到干状态变化过程中刚度和强度的变化。并将试验成果应用于实际工程中，分析了软岩遇水膨胀对软岩上修建拱坝的影响。 对拱坝新结构进行探索，研究了适应软弱基础条件的柔性拱结构。改进有限元程序并对某碾压混凝土拱坝进行了工程仿真计算及实测验证。