高堆石坝筑坝材料在静动力荷载作用下的力学特性及其本构模型研究，是当前岩土工程领域的热点研究课题之一。本文在已有研究成果的基础上，从材料试验、物理机制、数学建模和工程应用四个方面，对堆石料在静动力荷载作用下的工程力学特性及其本构模型展开深入研究，取得的主要研究成果如下：
　　（1）通过对堆石料在静力荷载作用下分别进行常规三轴试验、等p三轴试验和等应力比三轴试验三种不同应力路径的静力变形特性试验研究，探讨了堆石料的强度特性、压缩特性、剪切特性、应力应变、颗粒破碎、临界状态和剪胀速率等力学特性规律。
　　（2）通过对堆石料在等幅循环荷载和不规则循环荷载作用下分别进行常规三轴循环加载试验、偏应力循环加载试验和球应力循环加载试验三种不同应力路径的动力变形特性试验研究，分析了不同应力条件下堆石料体应变和偏应变的发展规律及其变形机制，并探讨了堆石料在循环荷载作用下的颗粒破碎和剪胀速率等力学特性规律。
　　（3）综合分析已有残余变形模型的优缺点，基于对堆石料残余变形试验结果的分析，对堆石料的残余变形模型进行了相关改进。主要有以下特点：①采用轴向应变和体积应变的关系式进行剪切应变的计算，考虑泊松比的变化对剪切应变的影响；②采用指数函数形式能够较好地描述堆石料残余剪切应变和残余体积应变的发展规律；③在残余体积应变和残余剪切应变公式中采用初始应力状态的平均应力和剪应力比进行表述，以反映围压和固结比等因素对堆石料残余变形特性的影响。
　　（4）基于对堆石料在静动力荷载作用下变形规律的认识，得出堆石料在压缩和剪切作用下的颗粒破碎特性规律，通过引入压缩破碎和剪切破碎的相关参数，在张建民等提出的将压缩和剪切作用引起的体应变和偏应变可分为可逆性和不可逆性八个分量的框架下，借鉴已有本构模型的合理定义，吸收边界面理论和临界状态理论的优点，发展了一个考虑颗粒破碎和状态相关的堆石料静动力统一弹塑性本构模型。该本构模型具有以下特点：①从压缩和剪切两方面分别考虑了堆石料的颗粒破碎特性；②通过引入状态参数，实现了采用一套参数对不同孔隙比和应力状态下的堆石料进行统一描述；③该模型能够分别对堆石料在单调荷载和循环荷载作用下的变形特性规律进行描述。
　　（5）以紫坪铺面板堆石坝为研究对象，静力分析采用E-B模型，动力反应分析采用等效线性黏弹性模型，堆石料残余变形分析采用第5章提出的改进残余变形模型，分析了该面板堆石坝在汶川地震时水位的加速度反应和残余变形特性规律，并与实测的地震残余变形进行对比分析，初步验证了提出改进残余变形模型的有效性。