作为一种天然地基材料,砂土在全球范围内分布广泛,力学行为复杂,主要表现为多相性、非均匀性、各向异性、非线性、压敏性、剪胀性等,且与加载路径、应力历史相关。经典本构理论以连续介质力学为基础,在宏观尺度建立土体力学响应的数学描述。但该方法忽略了砂土材料的离散特性,无法反映其细微观尺度结构特性对力学响应的影响。因此有必要从砂土的细观力学机制出发,考虑颗粒尺度特性（如颗粒几何形态、级配曲线、颗粒排列等）,分析其在多种应力路径下力学响应和内结构演化机理。剑桥学派提出了临界状态土力学,极大地丰富了土力学的基本理论,推动了基于剪胀性和临界状态理论的本构模型的发展。但各向同性临界状态理论缺乏对土体内结构的描述,需要通过唯象经验法引入相应物理机制,在预测土体各向异性力学行为时存在局限性。本文采用离散元数值模拟的方法,基于各向异性临界状态理论框架,从砂土的细观力学机制出发,研究颗粒特性（颗粒形状和级配曲线）和应力路径（真三轴和多向剪切）对砂土力学行为的影响,探讨砂土内结构在临界状态时的演化特性。主要研究结论如下:（1）通过一系列常规三轴试验,详细分析了颗粒几何特性和级配对砂土宏微观力学行为以及临界状态特性的影响。发现颗粒形状对土体强度、临界状态应力比和临界状态组构模量均有显著影响;级配曲线的不均匀系数对试样的临界状态强度和临界状态组构模量几乎无影响,但临界状态线随着不均匀系数增加而下移;峰值摩擦角随不均匀系数增加而增大。（2）通过一系列等平均正应力真三轴模拟,发现临界状态应力比随着中主应力比的增大而减小;临界状态组构模量随中主应力比的增大而增大;临界状态线的位置不受三轴剪切模式影响;随着中主应力比从0变化到1,峰值摩擦角先增大后减小,约在中主应力比为0.5时出现峰值。（3）在π平面分别进行径向单调加载和环向沿屈服准则加载,同时利用临界状态体积不变的特点,在临界状态条件下探测中性变载应力路径,发现两次探测得到的应力/组构轨迹和单调加载的应力/组构状态互相吻合,表明了临界状态的唯一性,证明了应力状态、体积、组构三者满足的条件为保持临界状态的充分必要条件。（4）考虑初始剪应力与循环剪应力的相对大小,沿直线形、8字形、圆形剪切路径进行循环加载,发现砂土有两种典型的动力液化破坏模式——残余应变累积破坏和循环流动破坏。初始剪应力对抗液化强度的影响与剪切方式和应力路径形状均相关,其中试样承受8字形应力路径中应力不反转的加载模式最为危险。通过上述研究,阐明了复杂应力路径下砂土的各向异性力学特性演化规律,揭示了颗粒形态和尺度特征等细观特性对砂土力学响应的影响机制,为本构模型中引入细观参数提供了物理机制,为进一步提高岩土工程数值分析的准确性奠定了基础。