粗粒土由于其抗剪强度高、地震下不易液化、压实性和透水性好等优良特性,被广泛用于工程建设中。无论是原状土还是重塑土都存在初始结构性,初始结构是影响粗粒土剪切强度的根本内在因素,同时也是困扰着粗粒土结构性研究的一个科学难题,初始结构对宏观抗剪强度的影响暂未得到揭示,研究分析粗粒土剪切强度与初始结构之间的内在联系,揭示抗剪强度的初始结构效应,研究方法、预期成果对粗粒土结构性的研究具有理论意义。本文划分了四种粗粒土初始结构类型,通过改进传统的常规直剪仪,设计出可视化的透明剪切盒,对不同初始结构的粗粒土开展直剪试验,并利用高清数码相机获取了直剪试验过程中土体结构变化的影像资料,同时借助Matlab、Image-Pro Plus等图像处理分析软件提取初始结构信息,同时定义初始结构综合参数,分别从结构强度和抗剪强度两个方面开展研究。最后利用颗粒流离散元软件PFC2D建立初始结构的直剪试验数值模型,以获取初始结构的强度力学参数粘聚力和摩擦角,并将其表达为初始结构信息的函数,构建嵌入初始结构信息的粗粒土强度评价模型。主要研究内容如下:（1）通过总结已有研究成果并结合天然粗粒土的结构特征,以P20（粒径大于20mm的土重量占总质量之比）作为初始结构类型的划分依据,划分了四种初始结构类型,即颗粒分离结构(P20≤30%)、排列结构(P20=30%～50%)、镶嵌结构(P20=50%～70%)、叠置结构(P20≥70%)。（2）通过四种初始结构的粗粒土剪切试验,获取抗剪强度,根据试验过程中记录的应力-位移数据可发现抗剪强度整体呈现出以下规律:排列结构＞镶嵌结构＞颗粒分离结构＞叠置结构。以圆度、孔隙度、扁平度、配位数和定向角为结构指标,提取相应的初始结构信息,定义了综合表征初始结构性的初始结构综合参数。（3）通过红色铝丝监测了剪切带的演化过程,剪切带的发育过程可分为四个阶段:初始状态、形成阶段、发展阶段、贯通阶段,并揭示了剪切带厚度随P20呈线性变化的规律。从力学与几何角度提出了初始结构对剪切带形成的四种响应模式:旋转模型、嵌固失稳模型、爬升模型、破碎受力模型。（4）通过应力-位移曲线和试验过程图像校正的方法确定初始结构的结构强度,绘制了不同初始结构的扰动状态线,发现结构强度呈现的规律与抗剪强度类似:排列结构＞镶嵌结构＞颗粒分离结构＞叠置结构。通过试验过程中颗粒运动的分带描述,以剪切带厚度的演化过程建立了初始结构的扰动状态函数（35）K=t观测状态×T/（1-T）(t观测状态为实测剪应力;T为扰动因子)。通过不同正应力下的结构强度变化趋势分析,揭示了结构强度变化趋势的主要受控因素是正应力,其次为初始结构。（5）利用灰色关联度分析方法探讨了初始结构信息指标对抗剪强度的贡献大小,不同正应力下结构指标对抗剪强度的贡献度不同。揭示了初始结构对抗剪强度的作用机制,并通过初始结构剪切前后的结构信息变化研究对抗剪强度的敏感性。最后通过量化结构指标、法向荷载和抗剪强度的内在联系,结合数值模拟确定初始结构的强度力学参数粘聚力和摩擦角,并将其表达为初始结构综合参数K的函数c（K）（28）w×Km（w、m为幂函数拟合系数）、j（K）（28）b+z×e（7）-（K-f）/g（8）（b、z、f、g为指数函数拟合系数）,构建了嵌入初始结构信息的粗粒土强度评价模型t（28）s×tanj（K）（10）c（K）。