砂土作为自然界中最常见的颗粒材料之一,被广泛应用于工业以及工程实践中。作为典型的离散颗粒材料,砂土在荷载作用下的力学特性与砂土微观结构密切相关。通常情况下,砂土所受的应力路径非常复杂。在交通或者地震荷载作用下,砂土单元不仅主应力大小会发生改变,主应力轴也会发生旋转。在复杂应力路径下,砂土的宏观力学特性很大程度上取决于其微观结构变化。然而,传统的三轴试验无法复现砂土在复杂应力路径下的力学响应。尽管空心圆柱扭剪仪（HCA）的引进为研究砂土单元体在复杂应力路径下的力学响应提供了可能,然而室内试验的研究大多聚焦于土体的宏观响应。因此,研究砂土单元体在复杂应力路径下的力学响应和微观结构演化具有重要的理论与实践意义。本文基于离散元方法（DEM）,开展了一系列砂土单元体在复杂应力路径下的宏微观数值模拟。主要工作如下:1.往复交通荷载心形应力路径作用下各向异性砂土变形特性离散元研究:探究了试样初始沉积角和密实度,以及循环竖向应力比（CVSR）对砂土单元体在往复交通荷载作用下的宏微观响应,分析了包括累积应变、剪切模量、配位数,以及组构各向异性的演化规律。结果表明材料的累积变形随着初始沉积角的增大而增大,并且其影响随着CVSR的增加和初始密实度的降低而更为显著;同时基于颗粒主轴朝向和基于接触法向的组构各向异性演化也随着CVSR的增大和初始密实度的降低而加剧。由于交通荷载中的主应力轴旋转,其累积体应变较其它没有主应力轴旋转的循环荷载模式更大。2.多向循环剪切作用下先期液化砂土经不同程度重固结后再液化过程离散元模拟:探究了砂土试样在多种复杂应力路径（多向剪切）作用下发生液化,经历不同程度重固结后再液化的力学响应。结果表明,试样的抗液化能力取决于加载应力路径。提高试样重固结度可显著提升试样抗液化能力。尽管如此,由于试样在先期液化时,内部微观结构发生改变,重固结后的抗再液化能力远低于初始时的抗液化能力。重固结度的提升,有利于限制试样在循环加载时的各向异性发展,从而提高试样的抗再液化能力。