水土流动系统广泛存在于地质工程、岩土工程和水利工程之中,例如,坝基-水工结构物系统、水土流失过程、油井产砂过程以及基坑突涌问题等,其基本原理涉及颗粒尺度的颗粒运动和颗粒-颗粒相互作用以及微观尺度或介观尺度的流体流动和流体-颗粒耦合作用。现阶段采用物理试验和基于欧拉-欧拉（E-E）模型的数值分析方法均难以深入理解上述系统的细观机理。离散元法（DEM）使用颗粒单元对固相进行建模,通过接触模型反映真实的颗粒-颗粒相互作用,并且可以耦合多种流体数值分析方法（例如,CFD-DEM、LBM-DEM等）,为认识上述细观机理提供了有效的数值工具。然而,现有基于离散元法的耦合数值分析方法常常受限于颗粒数量、问题维度以及双商业软件或双开源程序的模型实现方式等问题,限制了其在水土流动系统数值分析中的应用。针对上述问题,论文创新性地提出了CFD-DEM耦合方法的新型实现模型OpenFOAM-PFC3D,并应用于实际工程中常见水土流动系统的数值模拟和细观特性研究。基于上述工作,取得了如下研究成果:（1）基于欧拉-拉格朗日（E-L）模型,遵循Tsuji等提出的粗网格流体-颗粒耦合数值分析体系,沿用Anderson和Jackson提出的局部平均化概念处理的连续性方程和纳维-斯托克斯（N-S）方程,创新性地提出了CFD-DEM耦合数值分析方法的新型实现模型OpenFOAM-PFC3D,并详细描述了该模型的控制方程、压力-速度耦合方程求解算法、基本原理以及编程细节等重要内容。（2）建立了CFD-DEM耦合方法在实际工程中适用的基准问题验证系统,基于常用的四个典型问题,即静水中单个球形颗粒沉降、达西定律、球形颗粒堆积体休止角特性研究和一维固结,对提出的新型实现模型进行全面验证,通过对比数值解与解析解,确定相对误差均在可接受范围内,证明了实现模型在此类问题中的适用性和准确性。（3）采用提出的新型模型数值研究了水工结构物管流稳定性问题,建立了考虑水-基础-水工结构物三者耦合作用的三维数值模型,详细介绍了类刚体结构物的建模思路和三者之间的耦合关系,研究了不同水位差条件下的流体流动特性、水工结构物响应以及固相响应,从细观尺度揭示了水工结构物发生管流时三者的发展规律。（4）采用提出的新型实现模型数值研究了常见水土流失问题,建立了三维管道颗粒流动侵蚀数值模型,其中,颗粒堆积体包括等粒径和多分散两种情况,研究了不同条件下颗粒受到流体侵蚀影响后的细观流动响应,揭示了粒径、粒径级配和管道倾斜角度对于颗粒侵蚀特性的影响规律。