水泥基胶凝材料在土木工程领域应用广泛,其绿色生态化研究是近些年的热点,使用颗粒堆积设计方法是实现材料的绿色低碳化的途径之一。本文基于可压缩堆积模型,采用离散单元数值模拟方法,研究了颗粒的堆积行为、小颗粒的团聚效应、颗粒混合料的流动性。主要工作如下:首先,基于颗粒堆积模型对堆积密实度进行了的相关研究。主要内容有:1)研究颗粒形貌对堆积密实度的影响。测定不同粒径的圆球体、椭球体、圆柱体的松装堆积密实度;使用离散单元法模拟相同实验条件下的堆积过程;2)研究堆积过程对堆积密实度的影响。采用振实堆积方式,研究振动时间和振动频率对密实度的影响;3)使用二元混合料进行参数标定。基于圆球体的二元混合料的密实度测定,建立了形貌函数,修改了松开效应系数和附壁效应系数计算公式;4)使用修正模型研究三元混合料。使用修正模型的计算结果对比三元混合料实验测量值,得到最大堆积密实度出现在三者颗粒含量比例。其次,研究了团聚小颗粒的堆积状态,优化了可压缩堆积模型。主要内容有:1)提出了小颗粒相互作用函数,在此基础上分别优化了松开效应系数和附壁效应系数的计算公式;2)定义了离散单元法软件中的接触模型,添加了颗粒的表面力的相互作用函数。对大颗粒堆积结构分层后发现,尺寸比大的组别相互作用较大,最大堆积密实度出现在大颗粒含量较小时。对小颗粒进行模拟后发现,团聚小颗粒会粘附于大颗粒,从而增强松开效应,减弱大颗粒对团聚小颗粒的附壁效应;3)结合表面力相互作用和压实作用发展了CPM模型。最后,对由颗粒系统组成的新拌混凝土进行了数值模拟研究。建立了表征新拌混凝土的离散单元模型,并以此为基础进行了以下研究:1)模拟了手动拌合和机器拌合的实验过程,并以拌合指数评价拌合状态;2)模拟了混凝土的流动性实验过程,包括坍落度、L型箱、V型箱、U型箱实验;3)模拟了混凝土在泵送系统里的流动过程。结果表明,基于文中混凝土离散单元模型的模拟结果与文献、实验结果吻合程度较好。综上,本文采用数值模拟方法研究了具有离散性特点的胶凝材料颗粒系统,优化混合料的颗粒堆积模型,模拟了新拌胶凝材料的流动。因此,本文的研究方法对颗粒系统的后续的相关研究具有一定的参考意义。