颗粒物质是大量固体颗粒相互作用而组成的复杂体系,颗粒物质的研究对提高颗粒物质的加工技术,增进对自然灾害的形成、演进和致灾机理的认知能力和预报调控水平,具有重要的应用价值。颗粒间力的传播路径称为力链,对力链及其演变规律的描述是颗粒物质研究的核心内容之一,颗粒之间接触力的研究是力链研究的基础,对于颗粒物质的研究具有重要的意义。论文从试验和数值研究两方面入手,研究了颗粒之间接触力及其传播规律。论文研究思路是基于三维数字图像相关方法的试验,研究不同排列结构在外力作用下颗粒间接触力的变化,采用离散元数值模拟方法,通过和试验对比,试算反演得到正确的模拟细观参数,最终模拟获得颗粒体系内部力链。论文具体研究工作和结论如下:在试验方面,首次将三维数字图像相关方法应用到了颗粒体系内部接触力的研究之中,将数字图像相关方法对散体颗粒体系内部接触力的研究从二维空间拓展到了三维空间。基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法解决了二维数字图像方法测只能对平面内的物体变形进行测量的局限性。设计特定的试验方案,通过使用透明材料和添加折射液方法,解决了边界和颗粒之间的遮挡的关键问题,发挥了三维数字图像相关方法非接触、全场测量的优点,获得了颗粒体系内部颗粒的接触变形。借鉴了复写纸压痕法的基本思想,进行了球与平板和球与球的标定试验,建立起了接触变形与接触力之间的对应关系,最终获得颗粒体系内部颗粒的接触力。在数值模拟方面,针对模拟为真实颗粒的特点,采用Hertz-Mindlin接触模型,将接触刚度用材料宏观弹性模量、泊松比描述,解决了部分计算细观参数难以确定问题。对于无法确定的摩擦系数问题,通过将模拟结果与试验结果进行对比,试算反演获得。并将获得的参数和其他颗粒体系试验进行验证,证明了细观参数的正确性。最终根据获得的正确计算参数,数值研究了颗粒体系内部的力链。利用细观参数数值模拟得到了体心立方体空间排列结构和随机空间排列结构在外部荷载作用下的整个颗粒体系内部力链,并对力链的分布进行了分析,得到了以下结论:①散体颗粒体系中力的传递方式为发散式;②散体颗粒体系中主力链方向为外力作用方向;③在沿着外力作用方向的同一平面中,中间颗粒承受主要外力作用。