粗粒土常被用作路基填料,在车辆荷载和路基围压的作用下,粗粒土易发生颗粒破碎,而颗粒破碎对粗粒土的强度和变形特性有着重要的影响,在很大程度上影响着路基路面的安全性和稳定性。本文以湖南湘潭地区的红砂岩粗粒土为研究对象,对其进行大型静三轴剪切试验,研究其在不同条件下的静力特性和颗粒破碎特征,其研究成果对红砂岩地区的公路稳定性和安全性具有重要的理论研究和指导意义。本文的主要研究内容与结论如下:(1)研究了红砂岩粗粒土的基本物理特性。开展了SEM、EDS、XRD试验和击实试验,通过能谱分析等方法,分析了红砂岩粗粒土的微观结构与孔裂隙、元素含量与矿物成分和含水率与最大干密度。结果表明红砂岩粗粒土的裂隙较为发育,孔隙较多,结构形式多为片状;红砂岩粗粒土含有O、Mg、Al、Si、K、Ca、Fe等七种主要元素,主要的矿物成分有石英、长石、方解石、云母、高岭石、绿泥石、伊利石等;通过对红砂岩粗粒土进行烘干测得其含水率为12.86%;红砂岩粗粒土的最大干密度为2.0g/cm~3左右,最大干密度基本呈现出随着级配中粗颗粒含量的增多而增大的规律。(2)研究了红砂岩粗粒土的静力特性。开展了20组大型静三轴剪切试验,得到了不同级配、围压和压实度下红砂岩粗粒土的应力应变关系曲线,对三轴试验的强度变形特性进行了分析,得到其应力应变关系曲线呈现出明显的非线性关系,抗剪强度随着围压的增大而增大的趋势。粗颗粒含量较少的级配表现出低围压应变软化向高围压应变硬化特性转化的趋势,粗颗粒含量较多的级配随着围压的增大表现出愈加明显的应变硬化特性。在低围压下,粗粒土呈现出抗剪强度随着粗颗粒含量的增大而增大的趋势,而在高围压时,粗颗粒含量较多时,粗颗粒的增加对抗剪强度影响较小。当级配和围压相同时,随着压实度的提高,抗剪强度逐渐增大。围压、压实度的提高使粗颗粒之间的镶嵌、咬合作用增强,使颗粒之间的相互作用力增大,峰值剪切强度随之提高。红砂岩粗粒土的莫尔强度包络线表现为非线性,颗粒之间相互紧密咬合,表现出一定的粘聚力。通过拟合得到包络线的函数表达式,求导得到内摩擦角?的表达式,内摩擦角?呈现出随围压的增大而减小的规律,颗粒破碎是导致内摩擦角?减小的主要原因。(3)研究了三轴试验后的红砂岩粗粒土颗粒破碎特征。颗粒破碎主要是发生在粗颗粒的颗粒表面,通过颗粒间点与点的接触,在摩擦力作用下发生颗粒破碎产生了较多细颗粒,粗颗粒含量减少、细颗粒含量增多。采用分形维数D作为颗粒破碎的度量指标,分形维数D随着粗颗粒含量的增大而减小;随着围压的增大,细颗粒含量增多,分形维数逐渐增大,颗粒破碎呈增大趋势;在保持级配和围压相同的情况下,压实度的提高使分形维数D逐渐增大,颗粒破碎随着压实度的增大而增大,但压实度对颗粒破碎的影响较小。通过对剪切试验三个过程中的颗粒破碎进行分析,发现制样过程中发生的颗粒破碎不可忽视,剪切过程中的颗粒破碎主要由剪应力作用引起。(4)建立了考虑颗粒破碎特征的红砂岩粗粒土本构模型。以邓肯-张本构模型为基础,引入颗粒破碎的度量指标分形维数D,分形维数D和围压之间表现为双曲线函数关系,将其函数式代入到邓肯-张本构模型中,建立考虑颗粒破碎的红砂岩粗粒土本构模型,并基于三轴试验结果进行验证分析,结果表明计算出的理论曲线与试验的应力应变曲线吻合较好,特别是对于中小围压,验证了改正模型的合理性。