粗粒土因其具有取材相对方便、成本经济合理、压实性能好、透水性强等诸多优点,现已作为主要建筑材料被广泛应用于土石坝、公路铁路路基、机场场道工程。为了确保工程现场使用的粗粒土能够满足结构安全与功能要求,除了参照相关设计规范与业内经验,还须系统地开展现场与室内土工试验以准确把握粗粒土的静动力学特性及相关模型参数。其中,最大剪切模量Gmax是反映粗粒土动力特性的一个非常重要的参数,直接关系到结构动力反应的初始状态;同时,其试验的测试精度也会影响工程结构数值分析与安全评价的可靠性。然而,目前室内试验多采用局部应变计与内置力传感器联合测量的方法测定粗粒土在不同动剪应变幅值时的剪切模量,继而外延拟定Gmax,该方法会受到传感器测试精度、拟合函数合理性等多方面因素影响,导致Gmax的估测结果存在一定的误差;此外,对于大部分工程,通常采用固结应力比kc=1.0～2.5时的Gmax来拟合确定粗粒土等效线性粘-弹性模型的模量系数与指数,但对于高土石坝工程,数值分析结果表明坝体内部一些区域的kc会达到3.0～4.0,此时若依然采用kc为2.0时对应的模量参数开展坝体动力反应分析,可能会使结果存在一定的偏差。因此,为了准确测量并研究不同应力状态下（主要考虑kc）粗粒土Gmax的变化规律,本文在国家自然科学基金重点项目（U1965206）和国家自然科学基金面上基金项目（52079023）、青年基金项目（52109114）的资助下,研制了外置脉冲式波速测试装置,系统开展了不同应力状态下筑坝粗粒土剪切波速Vs与Gmax的测试研究,初步分析了固结应力比试验中Gmax的演化规律及机理,并结合试验成果,考虑kc对Gmax的影响,采用大型岩土工程非线性有限元分析软件系统GEODYNA7.0开展了土石坝动力反应分析。主要研究内容及结论如下:（1）在大连理工大学工程抗震研究所近期研制的平面接触式扭压一体粗粒土试样波速测试装置的基础上,为了提高装置的移植灵活性和高围压试验条件的适应性,研发了外置脉冲式扭振波速测试装置。该装置易于配备到不同尺度的三轴试验平台,且适用于高应力和复杂应力加载条件,本文通过一系列试验论证了该装置具有较高的测试精度,为后续研究提供了可靠的试验平台。（2）系统开展了Gmax随kc变化规律的试验研究。针对L、G两种筑坝粗粒土试样,开展了不同kc条件下Gmax测试。试验结果表明:随着kc的增大,试样的Gmax有所增大,在kc逐步增至4.0的过程中,Gmax的增大趋势逐渐减缓,增幅及其速率与试样密度、材料力学特性等因素有关,最大增幅可达到70%～100%。（3）初步分析了固结应力比试验中Gmax的变化机理。试验结果表明:Gmax是在平均主应力与偏应力耦合作用下发生变化,二者对Gmax的影响均不可忽略,而经典Hardin模型仅引入了平均主应力,具有一定的有局限性。同时,本文提出了临界偏应力比这一参量来衡量偏应力对Gmax的影响程度。（4）基于试验成果,在粗粒土等效线性粘-弹性模型的模量参数中引入kc的影响,并采用大型岩土工程非线性有限元分析软件系统GEODYNA7.0开展了土石坝动力反应分析。计算结果表明:相比传统方法（采用kc=2.0对应的模量参数）的计算结果,本文方法得到的坝体在地震中的最大顺河向、竖向的动位移与加速度均有所减小,说明传统方法可能在一定程度上错误地估计了大坝的动力反应,不能很好地反映大坝的极限抗震能力。