基于连续-离散耦合分析方法,在细观数值模型中引入无厚度界面单元及内聚力模型模拟不规则形状颗粒的破碎,针对可破碎颗粒集合体进行有侧限单轴压缩试验,研究不同孔隙率、不同颗粒强度等参数对试样压缩特性的影响及压缩曲线和颗粒破碎的演变。对可破碎颗粒集合体进行不同围压、不同破碎强度的三轴数值试验,其宏观力学特性与室内试验规律吻合较好,能够重现可破碎颗粒材料的典型力学特性;从细观角度分析颗粒破碎行为在一定程度上阻止了剪切带的形成和发展,抑制了颗粒集合体的剪胀效应。研究了能量耗散机制与颗粒集合体宏观力学响应之间的关系,发现颗粒材料主要通过颗粒间摩擦和颗粒破碎耗散外力功,通过增加颗粒运动的额外自由度来改变细观结构,并进一步抑制应变能的累积和促进摩擦耗散。以古水堆石坝垫层料、过渡料为研究对象,建立细观数值模型进行有侧限单轴压缩数值试验,从细观角度研究垫层料、过渡料厚度对颗粒集合体宏观力学特性及细观组构演化过程的影响:随着试样厚度的增加,相同高度下两侧颗粒向下位移小于中间颗粒的差异逐渐明显,试样底部力链越细,分布越分散,同时颗粒之间的接触力分布越均匀,试样的不均匀系数逐渐减小并趋于稳定。提出以不均匀系数收敛点即传力均匀时对应的厚度作为垫层料、过渡料厚度的选取标准,给出建议的古水堆石坝垫层料、过渡料最小厚度。随着垫层料最大粒径的的减小,颗粒间接触力的数目和分布范围均呈现减小并收敛的趋势,当减小到某一特定值以后,接触面法向,法向接触力和切向接触力的不均匀系数均趋于稳定,认为该值为垫层料最大粒径的合理值。在垫层料细观数值模型顶部建立实体面板单元,通过有侧限单轴压缩数值试验,研究垫层料厚度对面板应力的影响及其不均匀传力的机理。随着垫层料试样厚度的增大,面板Mises应力、第一主应力和第三主应力整体分布趋于均匀,应力值有所减小,应力分布有所改善;沿面板厚度方向上的影响深度和沿面板与垫层接触方向上分布面积均逐渐减小,减小的幅度随垫层厚度的增加出现收敛;同时面板与垫层接触区域各峰值应力及其分布范围均呈逐渐减小的变化趋势,当厚度大于某一特定值时应力分布趋于稳定,基于此得到使面板应力状态最佳的垫层料最小厚度。对猴子岩面板堆石坝进行应力变形分析,创建三维有限元模型并采用邓肯E-B模型的堆石体本构关系,模型参数分别取自试验参数和细观参数,对典型断面和混凝土面板的应力及变形计算结果进行分析并加以比较。由细观参数得到的坝体水平向上游位移比由试验参数得到的数值稍有增加,水平向下游位移明显减小,沉降量有明显增大,小主应力略有降低,大主应力降低明显。对于面板的应力及位移基于两种参数的计算结果差异很小。对窄河谷特高混凝土面板堆石坝变形问题做了进一步探讨,分别以河谷形状对黄河玛尔挡高面板堆石坝的影响和猴子岩面板堆石坝施工期和运行期变形规律为例进行分析,对窄河谷、深基坑、特高面板堆石坝安全运行的进一步探讨,并且针对混凝土面板堆石坝的相应规范提出修改建议。