近年来，工程土障在很多国家成为处置市政废料和工业垃圾的重要设施。通常工程土障系统处于热—水力—力学—传质等多物理化学过程的耦合作用中。温度能导致土障材料的力学—水力性质变化，同时也将引起土障结构中应力应变状态的变化。如果土体应力超过其屈服应力，则土障将出现不可恢复的塑性应变，甚至导致破坏。污染物不但可能通过化学反应产生热量，且其生成的污染物淋滤液将直接腐蚀土障材料。因此，对整个垃圾填埋场进行全耦合过程的物理化学行为和长期有效性分析十分重要。本论文以岩土环境工程中工程土障防止固体废弃物对周边土壤环境和地下水资源污染的长期有效性为研究目标，研究工程土障的耦合问题数值分析中提出的科学和计算方法问题。 土壤作为在细观上由固、液两相(饱和土)或固、液、气三相(非饱和土)组成的多孔多相介质具有非均匀的结构。一个基本和重要的模型化假定是多孔多相介质在宏观上的均匀化连续介质模型。在此模型中假定每个相均同时充满了饱和土或非饱和土的全域。即在介质的每个点假定存在所有各相。因而可以在多孔多相介质中应用连续介质力学理论框架对域内每个点建立存在相互耦合作用的二相或三相系统的模型。 本论文从总结大量实验结果的基础上进一步完善已有的多孔多相介质数学模型，使其更适合于定量描写非饱和土中的热—水力—力学—传质(污染物输运过程)耦合行为。在所建立的数学模型中更充分的考虑了温度对土壤水力、力学性质的影响。并考虑土壤中水力—力学之间的耦合作用。发展了相应的有限元数值求解过程。通过数值计算和实验结果的比较，证明模型可靠且实用。 为避免土障出现裂缝和破坏，对土障进行弹塑性分析十分必要。就作者的知识而言，在国内外迄今还没有能适用于非饱和土热—水力—力学耦合过程的本构模型。本文将在总结针对非饱和土等温和非等温大量实验结果基础上，并结合现在被广泛应用的非饱和土CAP模型，提出了一个非饱和土的热—水力—力学耦合本构模型。通过与实验结果的比较以及对标准考题的校核，证明此本构模型能够描述非饱和土中由温度引起的土体变形和水力性质的变化等。对土壤环境力学及工程和相关学科的发展具有重要意义。 现在被广泛认知的控制饱和与非饱和土中污染物输运过程的是对流、扩散等六个机制，通过对模型化为多孔多相介质的饱和与非饱和土中各相建立污染物质量守恒方程形成了包含所有六个控制机制的对流—扩散方程。对流—扩散方程因其中对流项的非自伴随特征给数值求解带来了困难。同时，工程土障的长期有效性分析对污染物传输的瞬态过程数值分析提出了发展适应大时间步长算法的要求。本文针对已有的求解对流—扩散方程算法的缺点和局限性，发展了一个无条件稳定的隐式特征线Galerkin法。该方法能够在大Peclet数和大Courant数的条件下求解对流—扩散方程，且能够保证足够高的计算精度。 工程土障的材料参数识别对于土障材料的有效使用、工程土障数值分析和设计十分重要。Foca土是一种重要的工程土障材料。但是迄今还没有一套完整的参数对其中耦合本构行为作做全面描述。本文在利用对Foca土大量实验的基础上，对Foca土进 摘 要行本构模型参数分析和识别，获得适合非饱和／饱和土的Alonso．Gens模型的参数。为以Foca土为工程土障材料的数值模拟提供了真实材料参数。 最后，根据所发展的热一水力一力学本构模型以及污染物输运的隐式特征线Galerkin法，利用由实验结果而识别的工程土障材料的力学一渗流参数，对工程土障进行热一水力一力学一（污染物）传质耦合过程的长期行为进行了预测和分析。并分别考虑不降水和降水两个过程中废弃物中污染气体和污染水的输运过程。 整个数值分析结果不但可以对工程土障及周边土域提供从材料性质到工程结构设计的评估，而且也能够对深入了解土障系统中所发生的传热和传质过程等问题提供可借鉴的参考。