土体是一种特殊和复杂的颗粒集合体,尺寸大小对强度和变形特性有着极其重要的影响。土体材料的尺寸效应一直以来都是岩土工程中的难题。在工程设计中,往往是依据和参考室内小尺寸范围内的试验研究成果建立起来的理论和方法,很多情况与工程实际存在较大差异。只有系统地研究尺寸效应,才能准确地描述实际工程中土体材料宏观的力学性质和变形特征。本文以砂土为研究对象,从室内三轴试验和颗粒流数值模拟两方面入手,分析土体的试样尺寸变化对应力应变、体积应变、抗剪强度指标等特性的影响,证明土体材料尺寸效应现象是客观存在的。同时从细观角度对剪切带的形成和发展进行描述,揭示其颗粒的细观位移规律和局部孔隙率变化,分析产生土体尺寸效应的原因。本文的主要工作和研究成果如下:(1)制作厦门标准砂密砂试样,进行直径φ39.1mm和φ101mm的排水固结三轴剪切试验,得到其力学性质、变形特征以及抗剪强度指标,探究试样尺寸变化对试验结果的影响。结果表明:土体材料的尺寸效应客观存在。在较低围压(100kPa)时,试样尺寸变化对试样力学性质影响明显,试样尺寸越大,破坏主应力差越大,随着围压的增大,强度的尺寸效应变小。试样都表现出密砂的体变趋势,但大试样在体缩阶段体缩现象更明显,小尺寸试样的后期剪胀效应更强。(2)利用颗粒流程序PFC,建立砂土的双轴试验模型。通过改变试样尺寸,得到了宽高比相同、尺寸差异性很大的四种试样,并通过改变颗粒孔隙率,分别模拟了松砂和密砂的尺寸效应,对室内试验进行进一步补充。结果表明:颗粒流模拟得到了与室内三轴试验相同的规律,且试样尺寸差异性越大,尺寸效应更为明显。试样尺寸效应对强度的影响随着围压的增大而减弱,在围压大于900kPa后,强度的尺寸效应不再明显,各试样的应力-应变曲线几乎重合。对于密砂来说,在相同围压下,试样尺寸越大,后期的体胀现象越不明显。可以推断在工程实际中,剪切并不一定能引起大尺寸土体产生如室内试验所得到的剧烈体胀现象。试样尺寸变化对内摩擦角的影响不大,但对c值影响较大。当试样为松砂时,体变的尺寸效应较密砂更明显。(3)利用颗粒流程序的位移场和量测圆程序,从细观角度对颗粒流程序双轴试验的剪切带的形成和发展进行研究。通过颗粒流位移场,直观的观察测量出剪切带的倾角和宽度。结果表明:剪切带的角度受试样尺寸影响较小,但对剪切带宽度影响较大。L1试样(600mm×300mm)剪切带宽度与试样宽度比值约为10%～15%,而对于S1试样(60mm×30mm),这一比值约为20%～30%。试样尺寸增大,剪切带占试样的比例减小,试样的体胀效应也因此减小,由此,解释了试样尺寸变化对体变的影响规律的成因。同时,首次利用量测圆对试样中剪切带内外的孔隙率进行监测,并得到剪切带的位置,为今后对剪切带的研究提供了一种新的思路。