堆石料来源广泛、储量丰富,具有压实密度高、透水性好、抗剪强度高、抗液化能力强等工程特性,被广泛应用于土石坝、路基、软弱地基处理和高填方等。目前研究堆石料的静动力特性基本上采用常规三轴试验,而实际工程中的堆石料均处于真三轴应力状态,其相应的力学特性与常规三轴试验结果有明显的区别。为此本文对清华大学大型岩土静动真三轴试验机进行了全面调试和进一步开发,并进行了一系列常规三轴和真三轴试验,研究了堆石料真三轴条件下的力学特性。本文主要工作和成果如下:开发了真三轴试验机核心部位的试验装置和关键环节试验方法。联合采用椭圆形试样帽和异形乳胶膜的封样装置,有效地解决了真三轴试验时高压密封、拆装方便、孔压量测、反压施加、变形均匀、传感器预留安装空间等方面的一系列技术难题。在此基础上增加了小主应力方向水下耐高压位移传感器,提高了位移和体变量测的精度。采用该试验机进行了多种类型的静动力验证试验,验证了整套机械系统和电子系统的可靠性、加载系统的准确性以及上述封样装置的先进性和实用性。针对堆石料复杂应力条件,特别是土石坝施工和蓄水过程中坝体堆石料的应力状态变化,进行了包括常规三轴和真三轴等向压缩试验、不同方向压缩试验、加载-减载和加载-加载应力路径试验以及π平面剪切试验的系列试验。系统研究了真三轴条件下堆石料的应力变形特性,并通过两种类型试验的对比分析,研究了中主应力和各向异性等因素对堆石料力学特性的影响。根据多种应力条件下常规三轴试验前后级配曲线的变化,对不同应力路径时堆石料的颗粒破碎特性和机理进行了研究。以特征轴长和颗粒倾角为参量,对试验所用堆石料颗粒进行了形状和方向分布统计分析。在此基础上结合三轴试验结果对堆石料各向异性机理进行了探讨。利用我国土石坝计算中常采用的三种本构模型(Duncan-Chang Eν、EB模型和南水模型),对常规三轴和真三轴复杂应力路径试验分别进行了模拟,对三种本构模型的适用性进行了探讨。结合试验结果对复杂应力路径条件下堆石料初始和应力诱导各向异性、应力应变特性等进行了比较分析。