中文摘要：

非比例加载是指加载过程中各偏应力分量之间的比值非恒定不变的情况。实际工程中地基和填土所受的荷载几乎都属于非比例加载，典型的非比例加载如波浪、交通和地震等荷载作用下的地基、基坑开挖以及土石坝蓄水等。目前已有的研究主要集中于非比例加载条件下土的宏观变形规律的分析，对其变形的物理机制尚不清楚。本项目拟在进一步开发离散元程序的基础上，实现对非比例加载条件下砂土变形的数值模拟。通过分析非比例加载过程中颗粒长轴方向、粒间接触法线、孔隙大小及分布等细观组构的演化过程，揭示非比例加载条件下砂土变形的细观机理。分析颗粒粒径、摩擦系数及颗粒接触刚度等细观参数对宏观力学特性的影响，建立细观参数与宏观参数的联系，更深入、系统地研究非比例加载条件下砂土的剪胀规律、非共轴特性等宏观变形规律。在此基础上建立经试验验证的实用非比例加载砂土本构模型。

结论摘要：

非比例加载广泛存在于实际工程中，典型的非比例加载如波浪、交通和地震等荷载作用下的地基、基坑开挖以及土石坝蓄水等。本项目采用物理试验和数值模拟相结合、宏观分析与细观分析相结合的手段，着重研究了非比例加载下砂土的细观变形机制和宏观变形规律。首先，在进一步开发离散元程序的基础上，实现了对非比例加载条件下砂土变形的数值模拟；并通过将数值模拟和已有的物理试验结果进行正反对比分析，确定出了可靠的细观参数。其次，通过变化颗粒形状、颗粒间内摩擦角、初始主应力偏转角、应力主轴旋转方式及幅度、应力水平及加载方式，对砂土进行了系列的非比例加载数值模拟，在此基础上分析了非比例加载过程中颗粒长轴方向、粒间接触法线、孔隙大小及分布等细观组构的演化过程，揭示了非比例加载条件下砂土变形的细观机理。最后，结合已有物理试验结果，分析了颗粒形状、颗粒间内摩擦角及颗粒接触刚度等细观参数对非比例加载下砂土非共轴流动特性、剪胀规律等宏观力学特性的影响，并建立了一个简单实用的非比例加载砂土本构模型。