粗颗粒土如中粗砂、碎石土等,是由石英、长石等坚硬的原生矿物颗粒通过接触联结形成的无黏性粒状土体。万物皆流,粗颗粒土的流变问题涉及水利水电工程、交通工程、房屋建筑工程和地质灾害等诸多国家重点发展领域,如水利水电工程中高石坝的长期稳定和耐久性问题;交通工程、房屋建筑工程高应力下地基的长期强度和变形及长期健康运行问题;大型边坡的长期稳定性问题等。目前对于粗颗粒土的流变研究工作主要集中在宏观流变特性方面的研究,其流变的微细观作用机制尚不完全清楚。本文以粒径为0.1～4.0mm的土颗粒组成的粗颗粒土的流变为研究对象,选用天然砂和人工砂,采用宏细观的试验和理论分析相结合的方法,用砂雨法制备一系列粒度成分、相对密实度和矿物成分不同的试样,进行了单轴压缩蠕变试验和剪切蠕变试验,分析了粒度成分、相对密实度和矿物成分对粗颗粒土流变的影响特征;并结合粒度筛分试验和压痕试验,分析粗颗粒土流变过程中颗粒破碎、颗粒接触点数、接触面积及接触应力变化特征,揭示粗颗粒土流变的物理机制;在此基础上从模型理论出发,引入邓肯-张非线性弹性元件并形成新的非线性流变模型,并对粗颗粒土的压缩蠕变时程曲线拟合得到模型参数,并分析粒度成分、相对密实度和矿物成分对模型参数的影响。本文的主要研究成果如下:（1）宏观蠕变试验结果表明,对于压缩蠕变,颗粒粒径越大、相对密实度越小,粗颗粒土的平均粘滞系数与蠕变阈值应力随之减小,相应的蠕变特性就越明显;而对于剪切蠕变,颗粒粒径越大、相对密实度越大,粗颗粒土的平均粘滞系数与蠕变阈值应力随之增大,相应的蠕变特性就越不明显。另外,压缩蠕变和剪切蠕变试验结果均表明矿物成分不同时其平均粘滞系数与蠕变阈值应力也有较大差别,即对于由石英和长石矿物颗粒组成的粗颗粒土,其平均粘滞系数与蠕变阈值应力随石英矿物百分比含量的增加而增加,相应的蠕变特性就越不明显。（2）粒度筛分和压痕试验结果表明,颗粒粒径越大、相对密实度越小,颗粒接触点数和接触面积就越小,颗粒间的接触应力就越大,接触处的弹塑性变形更大、颗粒更易滑移转动以及破碎,相对破碎势增加,从而导致蠕变变形更明显;石英矿物百分比含量越多,平均颗粒强度越高,相对破碎势就越小,接触处弹塑性变形小、颗粒间更不易发生滑移转动、破碎,蠕变变形越不明显。试验分析表明颗粒间接触应力为外加荷载的20～120倍,属高应力状态。（3）引入邓肯-张非线性弹性元件建立了非线性6元件流变模型,可用一组模型参数拟合同一试样在不同荷载下的蠕变曲线,理论计算结果与粗颗粒土的蠕变试验结果的拟合效果较好,表明建立的非线性6元件流变模型是比较合理的,既可描述粗颗粒土瞬时变形的非线性,也可描述不同应力水平下粗颗粒土的范性流变特性。