砂土等颗粒材料在不同外界作用下可能出现类固、液、气三种存在形态。在地球1g条件下一般以稳定堆积的类固态形式存在,有效应力降低是发生类固-类液相变的关键因素。发生相变时,砂土的抗剪强度显著下降,表现出类液体的粘滞特性,在剪切作用下将发生剪切流变,产生较大变形。这将导致砂土在太空微/小重力环境下表现出与1g条件完全不同的力学性质。本文提出了一个可以对砂土在低有效应力类固态准静态流动和类液体密集流动进行统一描述的本构模型,并具备对砂土非稳恒流动的描述能力。对砂土低有效应力剪切流变的研究对地震液化工程、空间探索工程、颗粒材料相变研究都有重要意义。本文作为中科院物理所和清华大学联合开展的中国空间站科学实验项目“砂土微重力剪切流变实验”的准备性工作,承担准备性实验、理论框架搭建、数值模拟实现的任务。论文的主要内容包括:1.建立了砂土低有效应力剪切流变本构模型,TMS模型。模型的准静态部分是基于砂土三轴实验数据库统计结果的非线性弹性模型,粘滞部分是基于颗粒流变实验的μ（I）流变模型。模型具备描述颗粒材料非稳恒态流变的能力,对砂土低有效应力三轴蠕变实验进行了模拟验证。在对砂土变应变率实验的模拟中,揭示了砂土存在压力敏感率相关性的材料特性。2.对于NASA微重力砂土三轴剪切实验中的高峰值摩擦角现象,在分析了其他影响因素后,证实砂土的压力敏感率相关性是产生高峰值摩擦角的本质原因。基于极限平衡法对日本宇航局变重力砂土地基承载力实验的反算也证实出现了低重力下摩擦角升高的现象。采用基于TMS模型的ALE有限元方法对实验进行模拟,证实该现象亦是砂土压力敏感率相关性所致。3.在中科院（北京）落塔进行了微重力颗粒圆柱拉动阻力实验,发现圆柱拉动力在1g和0g条件间发生率无关到率相关的转变。基于TMS模型和CEL有限元方法对实验进行了模拟,圆柱拉动力模拟结果与实测值吻合良好,通过对云图的分析发现,在微重力条件下颗粒材料中压力下降,率相关性上升,粘滞剪切应力随圆柱拉动速度产生可观的变化,这一现象在1g条件下不会发生。