直接采用资源丰富、分布广泛的天然砂作为道路工程路堤填料，不仅可以有效解决沙漠地区、内陆水网密集地区、沿海地区优质路堤填料缺乏的问题，而且可以避免取土对耕地、农田的破坏，同时可为天然砂提供合理的利用途径。因此，填砂路堤技术的推广应用，对于提高道路工程建设水平、保护耕地、保护生态环境意义重大。由于天然砂为无粘性的散粒体材料，其力学性能与传统路堤填料有较大差异，目前在填砂路堤的应用上主要存在力学行为认识不够、设计方法不合理以及设计规范滞后等问题。 本文通过室内试验、数值分析、现场试验、模型试验等手段，对填砂路堤的稳定特性、变形特性等力学行为及相关设计计算理论与方法进行了系统研究，提出了基于稳定与变形控制的填砂路堤设计理念与设计方法，并给出了填砂路堤的设计指标体系。最后，结合实体工程对填砂路堤技术的应用效果进行了分析，并对本文的研究成果进行了检验。本文主要完成研究工作有： (1)通过室内试验研究天然砂填料的物理特性、力学特性，对其路用性能进行分析，提出砂填料的分类标准。 (2)将强度折减法引入到填砂路堤的稳定性研究之中，并采用强度折减与快速拉格朗日法相结合的手段，从潜在滑动面形态与安全系数两个方面对填砂路堤的稳定特征进行研究，得到了不同时段、不同方案的填砂路堤稳定性规律，并在此基础上，提出了一些工程设计优化建议。 (3)针对填砂路堤边坡的构造特点，推导了具有包边层的砂路堤边坡稳定性分析的双楔形体法极限平衡解，并提出采用启发式模拟退火算法对填砂路堤边坡潜在滑动面进行搜索。该方法克服了强度折减法在实际应用中的局限性，可以作为填砂路堤稳定分析的可靠手段。 (4)将弹塑性平面有限单元法与Biot固结理论结合，建立了填砂路堤变形分析的有限单元模型。通过对填砂路堤的变形特性进行分析，得到了填砂路堤变形的分布规律，提出了填砂路堤工程设计上的优化建议。 (5)提出了基于稳定与变形控制的填砂路堤设计理念、设计方法，给出填砂路堤的设计指标体系。并结合设计实例说明了填砂路堤的设计过程。 (6)以具有代表性的工程——乐温高速公路填砂路堤工程为依托，在工程现场进行了一系列的现场试验，研究了填砂路堤的稳定性、压实效果、承载力性能，对填砂路堤的应用效果进行了评价，对本文研究成果进行了检验。 采用天然砂作为路堤填料对保护环境、保护土地资源具有重要意义，符合资源节约型社会、环境友好型社会对道路工程建设的要求。本文的研究成果对于填砂路堤技术的推广与应用具有重要的价值。