在我国南方地区高速公路建设中,难免会经过山岭重丘区,考虑粗粒土具有良好的工程性质及取材便利等优势,被广泛应用于高填方路堤填筑中,然而在长期车辆荷载及降雨因素的双重影响下,粗粒土路基填料路堤存在较多与沉降变形相关的路面结构病害。鉴于此,本文以国家自然科学基金面上项目“动力湿化作用下粗粒土高路堤服役性能演变与状态控制技术研究(51678073)”为依托,开展室内GDS大型动三轴试验,系统进行了一系列不同偏应力、含水率及荷载频率下粗粒土路基填料的循环荷载试验,深入分析了粗粒土路基填料在动力湿化作用下的变形特性,并基于室内试验结果,引入了三维颗粒流理论,采用数值软件对动三轴试验进行模拟研究,从宏观及细观角度出发揭示粗粒土路基填料变形内在机理。本文主要研究成果如下:(1)根据已有研究成果,制定了粗粒土永久变形试验方案,分别在不同含水率、偏应力及荷载频率下进行循环加载试验研究,分析各因素的影响规律及影响程度,试验结果表明:第一阶段循环加载小于1000次时,塑性应变迅速增大至总变形的80%,第二阶段为循环加载超过1000次后,试件表现出弹性动力响应,塑性应变基本稳定;根据循环加载试验数据进行拟合,得到了粗粒土永久变形预估模型。(2)通过对加载前后的试样进行电镜扫描及结果分析,得到:偏应力及含水率对宏观变形及微观结构特征变化影响较大,随着偏应力增加,试样内部结构孔隙的均一化程度降低,概率熵减小,孔隙的有序性提高,平均形状系数增加;随着试样含水率增加,概率熵减小,孔隙的有序性提高,孔隙形状被拉长,复杂程度升高;随着荷载频率增加试样内部结构并无明显规律性。(3)基于颗粒流理论及室内试验结果,得到以屈服应力为中介的颗粒粘结强度随含水率变化曲线;利用PFC3D建立动三轴试验的离散元计算模型,得到永久变形随加载次数变化曲线,通过图形输出可以直观的看到粗粒土颗粒之间接触力链、速度、位移及配位数变化,定量的解释不同影响因素作用下力学响应的细观机理,并验证所建立模型与室内试验的一致性。(4)通过对数值模拟中粗粒土试件空隙率、配位数、接触力链及颗粒运动变化趋势分析,揭示试件在荷载作用下变形的细观演化规律。研究结果表明:加载前1000次,空隙率迅速减小,颗粒移动及翻滚剧烈,导致强弱力链分布不均匀;加载至1000次后,空隙率减幅趋于平缓,颗粒移动及翻滚速度减小,颗粒上的力能够相互抵消平衡,强弱力链分布均匀,其内部演化规律符合循环加载过程中变形特征。