应力主轴旋转条件下各向异性土的本构关系研究是更合理地预测土石坝、路基等人工填方构筑物及其地基土体实际力学响应的难点和关键问题之一。本文在分析和总结前人研究成果的基础上,从材料试验、本构规律、细观机理、数学模型诸方面入手,对应力主轴循环旋转条件下各向异性砂土的强度和应力应变关系进行了较为深入而系统的研究,取得了如下主要研究成果:(1)系统地进行了具有明显原生各向异性的饱和云母砂在应力主轴固定单调剪切、应力主轴循环旋转两种应力路径条件下的排水试验,揭示了相应条件下各向异性砂土的强度与变形规律及主要影响因素。试验分析发现:①定轴单调剪切试验中云母砂的抗剪强度在大主应力方向角从0°到90°的变化过程中先减小后增大且在60°左右时达到其最小值,中主应力系数对各向异性砂土的强度变形规律有显著影响,剪胀性与大主应力方向角有关;②纯应力主轴循环旋转引起的剪切体应变包含可逆性剪切体应变分量和不可逆性剪切体应变分量两部分,其大小受各向异性的明显影响、且与定轴剪切试验中产生的体应变处于同一量级而不可忽略;③应力主轴循环旋转过程中应变增量主轴与应力主轴之间存在明显的有规律性的非共轴现象,在每一个循环中剪应变增量出现两个峰值且与循环周数无关。(2)基于宏观响应相似而细观机理相同的思想并将各向异性砂土简化为椭圆形的各向异性颗粒材料,采用DEM方法进行了等向压缩、定轴剪切以及应力主轴旋转三种应力路径的数值模拟试验,并与原生各向异性云母砂在相同路径下的试验结果进行了定性对比分析,揭示了上述的三种应力路径条件下各向异性颗粒材料本构响应规律的主要细观形成机理。(3)基于对各向异性砂土的本构规律与细观机理的认识,吸收和借鉴已有弹塑性本构模型的建模方法,发展了一个可综合地描述应力幅值变化以及应力主轴旋转效应的各向异性砂土弹塑性本构模型,并用该模型模拟了云母砂定轴剪切以及主轴旋转两种应力路径下的试验结果,初步验证了该模型的有效性。