粗粒土由于具备诸多的优良工程特性,因此在工程建设中常作为天然路基或填筑材料而被广泛应用。结构是影响粗粒土剪切强度的根本因素之一,研究分析粗粒土剪切强度随土体形态结构的变化特征,揭示剪切过程中土体颗粒的破碎演化规律,对于工程建设中粗粒土的力学特性及稳定性评价等具有重要的指导意义。本文探讨了不同颗粒形态结构粗粒土的剪切强度特性和剪切过程中的颗粒破碎演化规律:通过改进传统的常规直剪仪,设计出可视化的透明剪切盒,随后对不同形状的粗粒土颗粒进行室内直剪试验。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,随后借助Matlab、Image Pro Plus等图像分析软件,分别从土体颗粒的形态和结构分形特征两个方面开展研究,重点对300kpa正应力条件下三种颗粒形态粗粒土的破碎演化规律进行探讨。最后利用颗粒流离散元软件(PFC^2D)建立相应的直剪试验数值模型,主要探讨不同颗粒形状粗粒土试样在剪切过程中的细观变形及破碎演化规律,从而揭示出颗粒形状对粗粒土剪切破碎特征的深层影响机理。主要研究内容如下:（1）通过总结前人研究成果并结合天然粗粒土的形态结构特征,对颗粒形状、颗粒尺寸、颗粒棱角及颗粒表面纹理等特征进行了相应的描述及评价,随后从颗粒形状的角度对粗粒土的结构类型进行了划分,得到了三种典型形态结构的粗粒土试样。（2）通过选取三种颗粒形态的粗粒土试样分别开展不同正应力条件下的可视化室内直剪试验,主要分析颗粒形态对粗粒土宏观抗剪强度及颗粒破碎力学特征的影响规律。（3）结合Matlab与Image Pro Plus等图像分析软件,对室内直剪试验过程中不同剪切时刻土体的结构图像进行识别与处理,提取相应的颗粒形态参数并进行统计分析,进而对剪切过程中不同颗粒形态粗粒土试样的破碎特征开展深入研究;随后通过Matlab算法对剪切过程中土体结构的颗粒破碎分形维数进行探讨,进一步揭示出颗粒形态对粗粒土剪切破碎的分形影响规律。（4）利用颗粒流离散元数值模拟软件(PFC^2D)对室内直剪试验开展模拟工作,主要对三种颗粒形状粗粒土试样在各级正应力条件下的裂纹形成及破碎演化规律进行研究,并结合颗粒试样的接触力链结构演化对粗粒土试样进行了系统分析。从而揭示出颗粒形状对粗粒土剪切破碎的细观力学机制。