砂土作为道路、铁路、房屋、大坝等构、建筑物的承载体,是土木工程领域应用最广泛的天然材料之一。砂土是一种典型的离散颗粒材料,受到颗粒形状、物理特性、颗粒级配、应力历史、各向异性、荷载条件等多种因素的影响,其力学特性如应力应变关系、剪胀效应、非共轴变形、临界状态行为、液化特性等极为复杂。传统的研究方法是基于连续介质力学框架,利用唯象观察手段对其宏观力学特性进行研究。但是作为颗粒材料,颗粒的长轴比、球度、凸度等颗粒几何特性都对砂土的宏观力学特性产生影响。本文借助于三维离散元开源程序YADE,对砂土的宏微观力学特性进行研究,主要研究成果如下:(1)对不同颗粒形状的数值试样开展了一系列常规三轴压缩试验数值模拟。研究表明,颗粒长轴比对材料的宏微观响应有显著影响。在宏观上,材料的抗剪强度随着颗粒长轴比增大而减少;颗粒长轴比越小,其剪胀性越显著。在微观上,组构演化规律受到颗粒长轴比的影响,随着颗粒长轴比增大,临界状态组构张量的模量减小。(2)对不同颗粒形状的数值试样分别开展平均正应力不变的等中主应力比和小主应力不变的等中主应力比真三轴试验数值模拟。数值试验结果表明:真三轴试验能较好地反映颗粒材料在三向不等应力状态下的强度和变形特性;不同加载路径对试样的宏观响应显著;试样的破坏满足Lade-Duncan准则。(3)基于大量的常规三轴压缩试验和小主应力不变的等中主应力比真三轴试验数值模拟,分析了颗粒长轴比和中主应力比对砂土试样的临界状态特性的影响。结果显示颗粒长轴比和中主应力比对e-p’空间内的临界状态线影响较小;临界状态线具有唯一性,与试样的初始围压、密实度、排水条件及应力路径无关。临界状态应力比随着颗粒长轴比和中主应力比的增大而减小。临界状态组构张量的模随着颗粒长轴比增大而减小,随着中主应力比增大而增大,与临界状态孔隙比无关。