在高速公路的建设过程中,粗粒土是不可或缺的路基填料,受内部、外部双重因素的影响,力学特性会存在较大的差异,导致粗粒土路堤服役性能降低。为了充分了解粗粒土填料在各种影响因素下的宏细观力学特性变化规律,本文结合国家自然科学基金项目“极端降雨条件下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律及致灾机理研究(51508042)”,以湖南省龙琅高速第一合同段粗粒土路基填料为研究对象,通过室内试验分析了粗粒土填料在静荷载作用下的应力应变特征及结构CT损伤演变规律,采用数值模拟对试样内应力链、速度场等细观力学特性进行了分析,从宏观和细观两方面对粗粒土力学特性及影响因素进行了系统深入的研究。取得的主要研究成果如下:(1)粗粒土试件的应变率未达到3%时,该阶段主要为粗粒土颗粒之间的挤密作用,以颗粒间的挤密压缩为主,横向膨胀为辅,颗粒间压缩挤密引起的密度增加量远大于横向试件横向膨胀变形引起的密度减小量;当试件的应变率超过3%时,试件横向变形引起的密度减小量迅速增大,而由颗粒间压缩挤密引起的密度增加量减缓,因此,在之后阶段表现出平缓阶段。(2)通过静荷载作用下粗粒土填料的应力-应变曲线可以推断出围压、压实度、含水率都是控制填料力学强度的因素,其中含水率作为主要的控制因素,能够引起颗粒间的软化及流变作用,使得其抗剪强度急剧下降,更容易发生较大的滑动变形;而压实度和围压作为次要的控制因素,可使填料发生压缩变形。(3)粗粒土试件在初始状态下,其密度及CT值存在较大的差异性,随着三轴试验的进行,横剖面局部颗粒受挤压密度增加,同时高密度区域所占比例明显增加,低密度区域所占比例逐渐减小,最终状态下扫描层内的CT值差异性减小;试样颗粒在偏应力的作用下存在挤密、错动、融合的现象。(4)通过对数值模拟中粗粒土颗粒速度场和接触力链的发展趋势分析,得到试样内部的剪切变形分布,围压越高、含水率越大,试样中粘结力链断裂和剪切面就形成的越早形成,其内部演变规律与应力-应变曲线变化规律相一致。本文的研究成果可对高速公路建设中的路基设计、稳定性评价提供参考依据,具有一定的理论和工程实践意义。