在开发深埋资源与地下空间过程中,深埋砂土的应力状态可能会产生巨大变化,引发砂颗粒发生破碎,从而改变砂土的力学特性,给工程带来严重的安全问题。关于高应力下砂土的变形与破碎规律尚缺乏系统、深入的研究。本文以深埋砂土为研究对象,综合采用室内试验、X射线原位扫描测试和离散元细观数值方法,深入、系统地开展了高应力、高水压、多种应力路径条件下砂土的三轴压缩和剪切变形特性及细观破碎规律研究,揭示了颗粒破碎对砂土宏、细观力学行为的影响规律,实现了较为精准的颗粒破碎预测,建立了更加准确的高应力下砂土本构模型,揭示了颗粒破碎和细观结构之间的关系。主要研究内容和成果如下:（1）针对砂土所处的深地高应力环境,成功研制了砂土高压三轴试验装置,并利用它获得了饱和反压对颗粒破碎的影响规律;获得了高应力下砂土的三轴压缩和剪切变形规律以及颗粒破碎规律;首次提出了三轴压缩试验中的相对破碎率Br关于平均有效主应力p’和K0（水平应力/竖向应力）的预测模型;首次提出了三轴剪切试验中的Br关于围压σ’c和轴向应变εa的预测模型;获得了不受应力路径影响的Br和体应变εv的线性关系;分别建立了三轴压缩和剪切状态下体应变εv本构模型;分别获得了Br和粒径分布分形维数DM、Br和输入功E的双曲线关系。试验结果表明:反压对饱和砂土在排水条件下的颗粒破碎没有影响;屈服应力随着K0的减小而减小,初始各向异性状态更易导致颗粒发生破碎。（2）成功研制了基于X射线CT的高应力下砂土变形、破碎高压微型三轴仪,实现了高应力下砂土变形、破碎过程的可视化;根据实验过程原位CT扫描测试结果,利用三维图像重构分析技术,统计分析了砂颗粒的形态（球度和纵横比）变化,掌握了颗粒破碎对颗粒形态的影响规律;首次获得了砂颗粒在高压三轴剪切时的三维可视化破碎过程,揭示了颗粒咬合作用导致砂颗粒破碎的机理;获得了颗粒数量分形维数DN随颗粒破碎的变化规律。研究表明:颗粒之间的接触点决定了裂隙发育的走向;形态规则、尺寸较大的颗粒未发生严重的破碎,这是因为类球形颗粒的周边颗粒分布均匀,且大尺寸颗粒的配位数较大,应力集中的可能性较低;颗粒破碎越剧烈,细颗粒越多,分形特征越显著;随着围压的增大,颗粒以断裂破碎为主,扁而细长的颗粒急剧增加,导致球度和纵横比不断减小。（3）利用离散元数值方法建立了真实颗粒离散元模型,提出了使用加权平均球度值Sc量化颗粒集群形态的方法,建立了一种混合颗粒（由6个球度不同的颗粒组成）砂土数值试样和两种单一颗粒砂土数值试样;对比分析了刚性试样（不可破碎试样）和可破碎试样的体应变、配位数、接触力分布和组构各向异性的变化规律;在砂土高压三轴压缩数值模拟研究中,首次提出了与Br和K0相关的接触力分布模型;在砂土高压三轴剪切数值模拟研究中,首次提出了与Br和主应力比相关的接触力分布模型;获得了总、强、弱法向接触力的变化规律;举例分析了摩擦耗能和破碎耗能随轴向应变的变化规律。结果表明:单颗粒的破坏强度随球度的增大而增大;Sc越大,配位数分布越均匀,且强接触力的均质性越好;强接触力分布受颗粒破碎和应力路径共同影响,而弱接触力分布仅与颗粒破碎有关,与应力路径无关;弱接触力分布均呈各向同性状态;应力增长和颗粒破碎,都会导致各向异性程度下降。本文研究成果对进一步完善砂土颗粒破碎机理、高应力下砂土本构模型理论具有重要意义,可为深土工程设计和建设提供理论依据。该论文有图116幅,表21个,参考文献215篇。