以砂性土为代表的散粒体材料在主应力旋转条件下的变形规律与本构模型一直是与岩土工程变形精细化预测和调控密切相关的热点和难点研究课题。由于受机械加载能力的限制,目前只有循环扭剪试验中可以实现大、小主应力绕中主应力轴的二维旋转,但工程实践中更为广泛存在的主应力旋转是三维的。为研究该条件下散粒体的变形规律,本文提出了一种三维空间内可任意控制主应力大小和方向变化的数值试验方法,开展了主应力三维旋转数值试验,在深入分析基础上建立了一个可考虑主应力三维旋转效应的本构模型。本文取得的主要新成果包括:（1）提出了一种三维空间可任意控制主应力大小和方向变化的数值试验方法。该方法采用力线边界加载的球形试样,在保证试样内部受力均匀的同时,方便而简洁地实现了主应力在三维空间内幅值和方向的任意变化。通过与现有物理试验结果的对比,论证了所提出的数值试验方法在定性再现散粒体基本变形规律方面的可行性和合理性。（2）揭示了主应力旋转面不同方位条件下散粒体宏观变形及细观组构演化的基本规律和物理机制。主应力旋转面与试样沉积面夹角θ改变时,试样始终产生累积性体缩,不同θ值下的体缩量大小取决于中主应力的大小以及中主应力方向组构各向异性的强弱。当θ≠0o或90o时,在垂直主应力旋转面内试样会发生显著的非共轴变形累积,其主要原因是组构主方向与主应力方向的斜交。另外,θ值还影响到剪应变增量幅值、主应力旋转面内非共轴变形、颗粒配位数等宏细观参量。（3）揭示了绕大、小主应力轴旋转条件下散粒体的变形规律,并与已知的绕中主应力轴旋转条件下的变形规律进行对比。结果表明,绕不同主应力轴旋转时的变形规律相近,但绕中主应力轴旋转引起的宏观变形量更显著,该变形量的大小与主应力旋转面内的应力比密切相关。（4）相比于纯主应力幅值或方向改变,主应力幅值和方向在三维空间内同时改变的实际复杂应力路径会显著增加散粒体的宏观变形量及细观组构演化量。（5）在课题组已有的各向异性砂土液化大变形本构模型构架基础上,引入了主应力旋转条件下变形硬化和组构影响流动方向两个新机制。新模型使用同一套参数,对定轴剪切、主应力旋转材料试验进行了统一模拟,同时还考虑了主应力三维旋转效应的影响。结果表明,新模型对定轴剪切和主应力二维、三维旋转均展现出了良好的模拟能力。