粗粒土具有良好的工程特性,同时又是泥石流灾变的重要物质组成部分。粗粒土作为一种非连续介质,其结构特征对其力学性能影响很大,当其承受荷载后,结构的变化与应力的变化呈现出动态的响应特点。找出能反映粗粒土宏细观结构特征的指标,探讨剪切过程中粗粒土的应力与结构变化响应关系,有助于优化粗粒土的本构模型。直接通过监测结构特征来描述其应力状态,进而评价其安全性。本文结合前人学者的研究成果,探讨了粗粒土的结构特征及力学效应。根据粗粒土的粒径组成及颗粒形状轮廓,将粗粒土划分为骨架空隙结构、骨架密实结构、镶嵌结构、悬浮密实结构四种基本结构类型。根据以前对粗粒土结构特征及其量化指标的研究成果,提出采用分形维数作为描述颗粒体结构的综合量化指标。为了方便获取剪切过程中的颗粒结构特征,选用3种不同的骨架结构颗粒体设计相应的室内直剪试验。利用MATLAB软件计算了剪切过程中,颗粒体结构的轮廓曲线分形维数,并探讨了分形维数与应力变化规律,以此研究了粗粒土剪切过程中的应力与结构变化响应关系。（1）根据颗粒本身的物理性状及颗粒之间的组构特征,将颗粒结构类型概括为骨架空隙结构、骨架密实结构、镶嵌结构及悬浮密实结构四种基本类型。（2）前人分别提出了以形状参数、形状指数和体积充满度等参数描述颗粒形状,粗糙度描述颗粒表面特征的微观结构指标;以及采用粒级级配、颗粒间的表面接触特性、颗粒排列特征描述颗粒宏观组构特征。通过对粗粒土单颗粒自身结构形态及颗粒之间组构特征的描述指标的探讨,进一步分析了粗粒土抗剪强度的影响因素。粗粒土力学效应的发挥有赖于其颗粒粒度、颗粒形状、颗粒分布排列以及颗粒表面性质等自身结构特征,同时也和颗粒物质组成密切相关。（3）总结前人提出的各种单颗粒粒度、形状、表面特征、空间排列特征的量化指标,以及描述颗粒级配、颗粒接触状态、颗粒破碎程度的定量指标。但这些评价指标种类繁多且大多只侧重某一方面,根据颗粒体结构具有分形特征这一特点,通过分形维数作为分形定量指标描述颗粒体总体结构综合特征。（4）选用3种无粘性细颗粒的10～20mm单粒级粗粒土进行室内直剪试验,通过直剪试验获取了粗粒土的强度特征及剪切强度参数,利用图像数字处理技术得到了颗粒剪切的运动特征,并引入概率熵对剪切前后颗粒的空间排布特征进行了分析、描述了其有序性。（5）利用MATLAB软件对直剪过程中获取的图像进行处理,得到不同应力状态下各种颗粒的分形维数,探讨剪切强度、强度参数、剪切应力值以及剪切残余强度与多种应力状态下的分形维数值之间的关系,并利用PFC2D进行了简单的数值模拟对室内试验结果进行了验证。