在土石坝的众多类型中,堆石坝是一种重要的坝型,相比其他类型的土石坝,堆石坝在不同地基条件下具有显著的优点,如造价低廉、施工期较短、安全性良好、适应性较强等,从而在许多土石坝实际工程当中得到了应用。作为填筑堆石坝的主要材料,粗粒土是在不同大小颗粒互相充填的作用下形成的一种散粒体,具有良好的工程性质。其强度高可以符合堆石坝抗剪强度的要求、变形小可以满足堆石坝稳定性的需要、透水性强可以使主堆石区达到自由排水的设计标准,目前已经广泛应用于堆石坝工程建设中,因此,对于实际工程来说,研究粗粒土的工程性质至关重要。虽然不少学者在该方面进行了大量研究,但由于其力学特性的复杂性,如何合理地进行试验及如何建立适宜的本构关系模型依然是目前粗粒土研究的重点内容。在寒山水库的主堆石区进行施工检测过程中出现局部区域粗料含量不能满足设计要求的现象,该区域抗剪强度和渗透系数是否能够满足设计标准需要进行验证。为了深入研究粗粒土的工程特性和本构模型,为实际工程提供相关的理论基础和试验依据,根据自检资料,本文选取设计级配曲线的上下包线和另外三组粗料含量不合格的级配曲线,共五组级配曲线,以所选取的五组不同粗料含量的粗粒土为研究对象,以渗透、强度、变形及本构模型为研究重点,主要进行了以下研究:(1)通过原位渗透试验研究粗粒土的渗透特性,结果发现:五组级配试样的渗透性能均能满足主堆石区自由排水的要求;粗料含量对粗粒土渗透性能的影响主要是由于粗细料之间相对含量的变化导致孔隙率的变化;含泥量为10%是影响粗粒土渗透性能的特征点,在实际工程中,应严格控制含泥量的大小。(2)通过原位直剪试验研究粗粒土的直剪强度,结果表明:五组试样的直剪强度均能满足强度要求;五组级配粗粒土的内摩擦角均在44°附近,内摩擦角受级配的影响较小;在实际工程中,摩擦强度是粗粒土主要的强度来源,咬合作用对强度的影响不大。(3)对粗粒土进行大型三轴固结排水剪切试验,结果表明:围压一定时,随着粗料含量的减少,偏应力峰值呈先增大后减小的趋势,应变软化和剪胀作用越明显;粗料含量一定时,随着围压的增大,偏应力峰值逐渐增大,粗粒土的应变由软化型逐渐过渡到硬化型,在体积变形方面,剪缩变形越显著;粗料含量高于设计标准的试样,其抗剪强度不能满足设计要求,在实际工程中应降低该区域的粗粒土的粗料含量;粗料含量低于设计标准的试样,抗剪强度满足设计要求。(4)结合三轴试验数据,对粗粒土本构模型的适用性进行分析,结果表明:在描述粗粒土的切线泊松比和切线体积模量时,应用邓肯-张模型会产生较大的误差,需要对模型进行改进;Rowe剪胀模型在较大轴向应变处(ε_a>3%),剪胀参数具有归一性。对邓肯-张模型进行改进,并验证改进后的模型,结果表明:改进模型在描述粗粒土的应变软化、剪胀特性等方面效果良好,通过改进公式计算得出的切线泊松比与试验得到的切线泊松比趋于一致。