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粗粒土材料在自然界及工程中极为常见,被土力学界及工程界广泛研究。粗粒土是指颗粒含量质量比大于50%的土石混合料,粒径在0.07560mm范围内。粗粒土具有压缩性小、强度高、填筑密度大、透水性强、固结速度快等工程特点,因此粗粒土常作为填料广泛应用于地基填筑、水利、交通等工程中。粗粒土容易发生破碎,引起颗粒粒径、级配分布的改变,影响其力学特性。本文通过粗粒土的冲击破碎试验、单颗粒压缩破碎试验,证明颗粒破碎符合分形模型,揭示颗粒破碎强度的尺寸效应,提出颗粒破碎过程的能量平衡方程;根据粗粒土一维压缩试验,揭示压缩变形与颗粒破碎的关系,基于颗粒破碎的分形模型,提出粗粒土压缩变形理论;采用离散单元法模拟了粗粒土单颗粒压缩破碎过程和压缩变形过程,从微观解释了破碎模式,验证了粗粒土单颗粒压缩破碎强度和一维压缩变形的分形理论。本文的主要研究内容有:（1）建立了颗粒破碎的分形模型,提出了颗粒破碎分形维数（分维）的计算方法。根据分形理论,在双对数坐标系中,小于某粒径的颗粒质量分布M（d）/MT与颗粒粒径d成线性关系,直线的斜率为3-D,D为颗粒破碎后质量分布的分维。选取了大理岩颗粒、垃圾炉渣颗粒和生物质炉渣颗粒三种试验材料进行冲击破碎试验,分析三种颗粒材料破碎后的分形模型。颗粒冲击破碎试验的结果表明,颗粒在不同冲击能量下破碎的分维不同,随着冲击能量增加,颗粒破碎的分维增加,并趋于定值。通过理论推导,揭示了颗粒破碎几率与破碎分维的关系,指出颗粒破碎分维随破碎几率的增大而增大,且存在极值。随着破碎能量的增加,颗粒破碎几率增大,进而使破碎分维增加。（2）建立了单颗粒压缩破碎强度理论和Weibull修正理论,揭示了单颗粒压缩破碎强度的尺寸效应,导出了颗粒破碎能量平衡方程。根据单颗粒压缩破碎试验,将单颗粒压缩试验的力–位移曲线分为三种类型,并与颗粒形状建立联系。根据单颗粒压缩破碎的分形模型,导出了单颗粒压缩破碎强度σf是粒径d的D-3次幂。对Weibull理论进行了修正,指出以破碎分维修正的Weibull模量m应为D/（3-D）。基于颗粒破碎的分形模型和Griffith断裂力学理论,建立考虑颗粒弹性变形能Ek和产生新表面的破碎能Es的能量平衡方程。（3）建立了考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩变形理论。粗粒土的压缩试验中,颗粒的压缩变形最初是由颗粒的孔隙被压缩而产生的,而后随着颗粒破碎加剧,压缩变形加剧,粗粒土的压缩变形与颗粒破碎密切相关。粗粒土一维压缩变形的参数是颗粒破碎分维的显式函数,loge=loge0-Λlogσ,其中Λ=D/（18-6D）。粗粒土的室内压缩试验和数值压缩试验的结果都验证了粗粒土的一维压缩变形理论。（4）模拟了单颗粒压缩和粗粒土压缩变形试验中的颗粒破碎过程和破碎模式,开发了统计破碎后颗粒数目的算法,揭示了单颗粒压缩破碎机理,基于单颗粒压缩破碎强度和压缩变形的分形理论,给出了颗粒破碎几率、颗粒破碎强度、粗粒土压缩变形的计算方法,并与试验结果进行了比较。离散单元法弥补了物理试验的不足,通过接触力传递、粘结键数目和配位数的变化,模拟了颗粒运动、裂隙产生、发展和破碎的过程,给出了颗粒破碎几率、颗粒破碎强度、粗粒土压缩变形的计算方法,并与试验结果进行了比较。