粗粒土作为高土石坝等工程的主要填筑材料,其力学特性是土木工程和水利水电工程的一项重要研究课题。然而,粗粒土尺寸大,具有离散特征,其力学特性不同于一般的砂土和粘性土等。其力学特性难以用现有的连续体力学理论予以解释,本文希望通过粗粒土微观组构(microfabric)规律来解释粗粒土的各种力学特性的机理,从而为建立粗粒土的基于微观组构的本构模型奠定基础。本文回顾总结了现有粗粒土的研究成果,其力学特性包括级配相似特性、流变特性、湿化变形、剪胀性等。本文通过对两种典型粗粒土室内大三轴试验得到了其力学特性规律,并比较了这两种典型粗粒土的力学特性异同点。为了说明组构要素对粗粒土力学特性的影响,本文用理想的球形玻璃材料来模拟粗粒土,用其做三轴试验。试验结果表明,这种理想的球形玻璃材料其应力应变关系符合完全理想弹塑性模型,其轴向变形与体积变形也符合线性关系。试验结果与一般粗粒土的力学特性存较大差别。这个结果亦证明了粗粒土不同的初始组构要素对粗粒土力学特性具有决定性的影响。另外也否定了用圆球通过数值模拟来研究粗粒土的方法的可行性。本文通过核磁共振试验取得粗粒土试样在各种应力状态下的内部断面图,经过计算机图像处理系统取得其组构要素信息,进而统计出各组构要素相关量,得出了有意义的规律。粗粒土在低围压下表现出剪胀性,其原因与颗粒的调整方式有关,主要是由于颗粒的侧向位移引起的;颗粒的水平位移与垂直位移沿着轴对称线呈对称分布,在同一横断面上,颗粒之间存在相对竖向位移和相对侧向位移。试样在加载过程中,颗粒调整不仅表现为水平位移和竖向位移,也伴随着颗粒的转动。发生较大转角的颗粒在试样中部的最大半径处,颗粒转角变化沿着轴对称线呈对称分布。试样在加载过程中,颗粒长轴逐渐偏向与大主应力即轴向应力σ1垂直的方向;试样破坏时颗粒长轴方向沿剪切带方向呈高度定向排列。