目前粗粒土填料在机场填方工程中已被大量使用,但是研究发现粗粒土填料在外荷载作用下会出现显著的颗粒破碎现象,进而会导致粗粒土填料的粒径分布曲线和内部颗粒的形状改变,影响到粗粒土填料的工程特性,给机场在建设和运营过程中带来安全隐患。基于此,本文开展了粗颗粒土的颗粒形状对破碎的影响、颗粒破碎对级配的影响和级配对抗剪强度的影响等研究。本文使用先进的图像采集处理技术,对不同粒组颗粒形状进行分析。再通过大型三轴压缩试验仪得到粗颗粒土填料的抗剪强度,并对制样后和三轴压缩试验完成后的试样进行颗粒筛分,得到各粒组含量,计算破碎率和试验后的形状指标,并通过颗粒流软件PFC(2D)为平台对粗粒土的细观结构进行分析最后得出以下结论:(1)粒组10-20mm与粒组20-40mm相比,两粒组间轮廓指标差别较大。颗粒形状表现出明显的尺寸效应,颗粒尺寸越小,颗粒棱角性越小,形状越趋近于圆。试验后粒组10-20mm和粒组20-40mm在不同级配中均较试验前变得狭长,形状不规则性增加;随着围压增加,同一级配中各粒组试验后颗粒变得狭长,形状不规则性增加。可忽略制样阶段形状的改变,制样阶段形状的改变对形状指标的变化规律影响较小。形状指标与围压相关性较差。(2)随着围压增大颗粒的相对破碎率也不断增大,两者线性关系良好。相对破碎率和粒径大小有关,相同围压下粒径越大颗粒越容易发生破碎,而粒径越大相对破碎率随围压增长速度越快。对比考虑制样阶段破碎和忽略制样阶段破碎的粗粒土的相对破碎率,可以发现忽略制样阶段的颗粒破碎会使相对破碎率计算值偏大,不可忽略。(3)基于单粒组试样,提出了不同围压下三轴试验粒径分布曲线的预测方法,实现了对三轴试验后粒径分布曲线的预测塑性功与颗粒相对破碎率之间存在近似唯一性关系,这一关系可以用幂函数进行表达。可以将分形维数作为颗粒破碎量化指标,将试样整体形状与破碎联系起来。各破碎率只能表达出试样整体的破碎,基于简单级配提出粒组破碎率,表示出试样内各个粒组的破碎情况。(4)单粒组强度小于混合粒组强度,单粒组和混合粒组级配不良,线性拟合会产生很大的假性粘聚力。不同级配时,粗粒土抗剪强度随着试样中大颗粒的含量的增加而增加,含量过高时颗粒破碎会降低强度,整体上强度呈现先增加后减少。(5)当颗粒相对破碎率的斜率k大于一定值时,颗粒破碎的增加会引起内摩擦角φ的显著降低。通过PFC(2D)细观分析得出,随着粗粒土试样中大颗粒含量增加,强力链占比增加,强度提高。大颗粒含量增加超过一定限度时,强度则会降低。配位数和破碎关系良好,破碎率随着配位数增加而增加。(6)混合料强度由各粒组含量和颗粒破碎控制,据此提出基于粒组含量和颗粒破碎率的混合料内摩擦角计算公式,并将计算结果与试验值进行对比,结果证明该计算方法可以有效的反映混合料强度随粒组含量和颗粒破碎率的变化规律。