土的结构特征既应包含土颗粒或孔隙的自身特征（大小，形状与分布），又应包含土骨架颗粒相互关系特征。尽管土的结构性对土性有着最本质的影响，而且已经从定性角度做了大量的工作，对认识土性起了很大的作用，但目前仍缺少一个能较好描述土结构性的定量指标。模型中想要找到全面描述土体结构性的参数是很困难的，但对于部分参数的定量化还是有可能的。已有研究表明，砂土力学性质受颗粒形状等微观参数的影响较大。常规宏观分析方法多以土体作为连续介质研究，且由于测量和量化分析的困难，对颗粒形状影响的独立深入研究较少。基于离散元的颗粒流软件的出现，克服了传统连续介质力学模型的宏观连续性假设，可以从细观层面上对砂土的工程特性进行数值模拟。为此，本文拟以颗粒流软件PFC2D为平台，通过对软件程序的开发，深入研究颗粒形状对砂土宏观力学特性的影响，并将所得结论用于模型的构建。开展的主要工作有：　　 （1)综述了结构性模型的研究现状，并着重介绍了土体微结构的研究方法和如何建立描述土体结构性的本构模型。评述了颗粒离散单元法的基本原理以及用于对颗粒形状的研究所取得的成果。　　 （2)鉴于颗粒流软件PFC2D模拟的对象（二维问题）与实际问题（三维问题）存在的差别，用平面问题的分析方法推导和解释了这两者的区别，并阐述了如何从模拟得到的数据提取描述材料宏观特性的力学参数。　　 （3)用双轴试验模拟三轴剪切过程，在PFC2D中探讨了微观参数对材料宏观力学特性（如初始弹性模量、泊松比、剪胀角、内摩擦角等）的影响，找到其中的规律。选取瑞士‘Baskarp’砂进行了微观参数的标定，用于下文的进一步研究。　　 （4)在保证颗粒的密度和外轮廓截面积相等的条件下，用PFC2D的clump命令生成了圆形、类椭圆形、类正方形、类三角形四种不同形状的颗粒组。定义了一个能较好描述颗粒形状的参数，以便定量探讨颗粒形状与材料的宏观力学特性的关系。　　 （5)基于PFC2D的内置语言fish，编制了相应的fish程序，模拟了常用的土工试验，如颗粒堆积试验（用于测量颗粒材料的休止角）、固结试验、三轴剪切试验以及直接剪切试验等。并在上述试验中探讨了颗粒形状参数、颗粒间摩擦系数与颗粒材料宏观力学特性的联系。　　 （6)基于前面试验研究的结论，采用土力学的方法，通过变换应力比，把反映土体结构性特征的颗粒形状参数引入到修正剑桥模型中，建立了能够考虑颗粒形状影响因素的新的结构性剑桥模型。