堆石坝是我国自20世纪50年代以来发展最快,运用最广的坝型。作为土石坝的一种,它具有造价低廉、取材方便、稳定性高等优点,但随着坝体工程越来越高,不得不考虑坝体受力变形带来的安全问题。堆石坝变形的根本成因在于外荷载作用下坝体内部颗粒相互作用和细观结构的变化,也就是说坝体宏观变形是内部颗粒运动和颗粒相互作用的宏观表现。堆石料作为坝体主要填筑材料,其宏细观力学特性极为重要。颗粒的形状、大小、细粒含量等组构特性对堆石料宏细观力学性能和变形具有不可忽视的影响。本文在广泛阅读国内外文献研究的基础上,采用聚氯乙烯材料制成人工堆石料颗粒,组合成具有不同组构特性的堆石料试样,开展四种不同围压下的双轴加载试验。采用PFC2D对双轴加载试验进行模拟,标定相关计算参数,并分析加载过程中的接触力链等演化过程,从细观颗粒层面揭示堆石料在双轴加载过程中的宏细观力学特性演化机理。本文主要工作如下:(1)以聚氯乙烯材料制成的人工堆石料为研究对象,利用自行研制的可视化双轴加载试验系统开展不同围压下的双轴加载试验,采用PFC2D离散元程序对所有室内试验进行模拟,研究各组构因素对堆石料宏细观力学性能及变形的影响。本文数值试验能够较好拟合室内物理试验,呈现出的规律具有一致性。(2)采用不同粒径的人工堆石料(10mm、20mm和30mm),开展四种围压(100kPa、200kPa、300kPa和400kPa)下的双轴加载室内试验和数值试验,研究颗粒大小对堆石料宏细观力学性能的影响。发现粒径越大,其偏应力-轴应变曲线峰值越高、初始弹性模量越大、试样强度越大。(3)将两种粒径大小(10mm和20mm)的人工堆石料随机互掺,开展四种围压下的双轴加载室内试验和数值试验,研究细粒含量对堆石料宏细观力学性能的影响。发现细粒含量越高,其偏应力-轴应变曲线峰值越低、初始弹性模量越低、试样强度越小。(4)采用PFC2D颗粒流程序中的clump单元,建立三种不同大小的具有复杂边界的异型多边形颗粒,开展四种不同围压下的双轴加载室内试验和数值试验,研究颗粒形状对堆石料宏细观力学性能的影响。发现多边形边数越多,其偏应力-轴应变曲线峰值越低、强度越低。