散粒体作为一种非连续介质材料,近年来越来越多地被运用于工程建设当中,因此对散粒体强度的研究工作具有十分重要的实际意义。但目前对散粒体的研究工作主要集中于散粒体静态结构对强度的影响,即散粒体的颗粒形态、密实度、级配等对应强度的影响,缺少对散粒体剪切过程中结构变化的研究。为探究散粒体结构变化对强度影响规律,本文通过室内直剪试验和数值模拟试验对散粒体剪切过程中的结构变化进行了量化分析,并对结构变化与强度的对应关系进行了分析与总结。探明了散粒体剪切过程中的主要结构变化,以及结构变化对散粒体强度的影响。通过本文的研究,取得了以下成果:(1)直剪试验具有诸多优点,长期以来都作为获得散粒体抗剪强度主要的试验方法。但装载试样的剪切盒多为非透明的刚性材料制成,无法对剪切过程中的散粒体结构变化进行监测。针对研究要求,本文完成了对试验设备进行了改进设计工作。改进后的可观测式剪切盒在室内直剪试验中能够清晰地对剪切过程中散粒体颗粒的运动状态进行监测,达到了预期效果。(2)结合研究目的和试验设备条件,选取了条状碎石颗粒(Ⅰ型)、块状碎石颗粒(Ⅱ型)和球状卵石颗粒(Ⅲ型)作为研究试样,并对三组散粒体试样分别进行了100kPa、200kPa、300kPa法向应力下的直剪试验。通过试验获得了三组试样的强度参数和结构变化的监测影像。(3)利用PFC软件分别建立了三种颗粒的概化模型,以及对应的散粒体剪切模型,模拟了三种散粒体在100kPa、200kPa、300kPa、400kPa法向应力下的直剪过程。通过对比分析物理试验结果与模拟试验结果发现,两种试验得到的强度特征以及结构变化规律相符,表明概化模型能够较好的还原物理试验过程。同时通过模拟试验取得了散粒体在剪切过程中颗粒的位移变量和转动变量。(4)对散粒体在剪切各阶段中的主要结构变化和强度特征进行了归纳总结,将散粒体的剪切过程分为以下四个阶段:(1)应力初始阶段,对应结构的微减缩;(2)剪应力上升阶段,对应结构的剧烈剪胀,颗粒间空隙增大,主力链形成;(3)剪应力峰值阶段,对应剪胀速率出现转折,颗粒间空隙增大到主力链断裂的临界点;(4)剪应力下降阶段,对应结构的剪胀放缓,颗粒间空隙不再增大。(5)通过分析对比三种散粒体的结构变化特征与各自强度的对应关系,探明了散粒体结构变化对强度的影响方式和规律。