粗粒土作为持力层或填筑材料在工程中的应用越来越多。粗粒土的许多性质与砂相似,却又有很大区别。首先,粗粒土的粒径和级配区间远大于砂土,因此对试验设备提出了更高的要求;另外,颗粒破碎是粗粒土区别于其它岩土材料的重要特征,为了更好地揭示粗粒土的工程性质,有必要利用大型真三轴试验仪,研究粗粒土颗粒破碎及强度和变形的影响。在西安理工大学已经开发的小型真三轴仪的基础上,进一步自主研发了试样尺寸为300 mm?300 mm?600 mm,竖向刚性、水平面内正交两向柔性的大型真三轴伺服加载机构。克服了仪器尺寸增大带来的三向加载干扰问题,采用PID闭合控制算法优化了自动控制系统的稳定性问题。本文利用大型真三轴仪进行了一系列不同围压和不同中主应力条件的剪切试验,研究了粗粒土的卸载回弹特性、应力交叉性、剪胀性以及抗剪强度特性等,并通过颗粒筛分试验揭示了颗粒破碎对粗粒土抗剪强度的影响,最终在临界状态理论框架下建立了考虑颗粒破碎的弹塑性本构模型。本文主要取得以下研究成果:（1）建立了以小主应力和球应力为变量的粗粒土回弹模量预估模型,当其中一个变量保持不变时,回弹模量随另一变量呈非线性变化,在双对数坐标系上为线性关系。揭示了粗粒土真三轴应力条件下的卸荷特性,以及应力路径和材料响应对粗粒土回弹变形特性的影响。（2）剪胀关系中剪胀因子开始于一个很高的正值,随着应力比的增加而迅速减小,最终处于剪胀状态。在同一中主应力条件下,随着球应力的增大,相变状态特征点对应的应力比增大,达到破坏应力比时的剪胀性减弱,说明球应力越大,对剪胀变形的抑制趋势越明显。在同一球应力下,不同中主应力状态下的破坏应力比随特定试验而变化,随着中主应力系数的增大,剪胀趋势也增大。（3）真三轴应力状态下,粗粒土的抗剪强度特性表现为非线性,在子午面上符合幂函数关系曲线,内摩擦角随球应力增大而减小。（4）荷载作用下粒状岩土材料的颗粒破碎改变了颗粒组构,从而影响其力学特性。阐述了颗粒产生不同破碎形态的微观机理,揭示了颗粒破碎是粗粒土抗剪强度非线性变化的重要影响因素。颗粒发生破碎后,粒间应力重新分布,颗粒重新排列产生的变形为不可恢复变形,颗粒破碎情况越严重,抗剪强度非线性变化越明显。（5）基于粗粒土大型真三轴试验的研究,揭示了颗粒破碎对粗粒土的剪胀性和抗剪强度的影响,颗粒破碎不仅影响剪胀方程,还影响强度包线、硬化准则或硬化参数。因此,基于临界状态概念和塑性理论,通过运用非关联流动的运动型屈服函数,建立了考虑颗粒破碎的粗粒土弹塑性本构模型。该模型采用了与修正剑桥模型相类似的椭圆塑性势面,与其不同的是引入了相变状态应力比和颗粒破碎参数的概念,同时考虑了材料的剪胀性和颗粒可碎性。（6）在当前的模型中,p–q平面分为两个不同的区域。低于相变状态应力比（Mc）的应力状态都会产生塑性体积收缩,而高于Mc值的应力状态会诱发塑性体积膨胀。在现有模型中,颗粒破碎对塑性剪切变形和体积应变的影响被适当地考虑在内,通过10个模型参数描述了粗粒土的整体弹塑性行为。根据真三轴试验结果验证了模型的合理性,结果表明,该模型能准确评估粒状可破碎粗粒土的应力应变、剪胀和颗粒破碎影响,且模型参数物理意义明确,可以为工程设计和施工提供有价值的参考。