黄土是一个复杂的多相非线性系统,通常认为,黄土的变形破坏与其微观结构之间有着密切关系。目前对于黄土微结构特征的认识还不足,当下的一些试验设备和技术手段尚不能解决诸如对土体内部应力组构进行实时监测、从数学上给出描述材料非线性性质的解析解等问题。近些年来,将离散元作为重要媒介的宏微观土力学日益受到各位学者的关注与推崇。有部分学者应用离散元试图构建黄土力学问题的研究模型,但建模方面略显不足,未考虑从黄土的微观特征入手来建立离散元模型。为此,本文以马兰黄土为对象研究,通过室内试验和微观测试分析,对黄土的物质组成和性质深入研究后,建立了清晰的黄土微结构功能单元概念模型,并以此为基础,开展一系列离散元数值模拟,研究了黄土颗粒形状和粒径分布对黄土压缩变形过程中宏微观力学特性的影响,重点讨论了团聚体水解破坏和黄土洞穴侵蚀进程中颗粒和胶结物的演化情况,主要的研究内容和取得的成果概述如下:（1）分别从榆林、定边、兰州、延安、吕梁、临汾、西安七个地方采集了共计10组黄土试样,其中六组试样分布在黄土高原的砂黄土带、黄土带、黏黄土带,另外四组土样则来自于延安边坡的黄土剖面上。主要从两个维度上（黄土的空间分布以及新老年代）开展了对原状黄土基本物理性质的测试工作,具体的测试项目包括天然含水率、天然密度、液塑限、粒度分布、矿物与化学成分分析等。（2）以电镜扫描（SEM）和电子计算机断层扫描（CT）为主要微观分析手段,对不同尺度的颗粒形貌特征进行定量分析,自新黄土到老黄土、黄土高原的西北到东南区域,外形接近圆状或球形的颗粒所占比例增加,这类颗粒多为黏粒或细粉颗粒,而中粗粉和砂粒颗粒的形状不规则,在上述两个维度上的变化趋势与黏、细粉颗粒恰好相反。这类颗粒形状上虽然不规则,但通常优先被黏胶颗粒“补缺趋圆”效应作用后成为较高一级的微结构单元—单粒团聚体。若土样中黏胶颗粒含量高,在“增厚趋大”效应下,黏胶粒团聚体、单粒团聚体进一步复合成规模略大的多粒团聚体或复合型团聚体。（3）为揭示黄土颗粒的形状效应,从SEM图像中获取到颗粒的真实形状,并依据第（2）个研究内容中,不同形状颗粒的含量百分比,混合投放到黄土的双轴压缩试验模型中。模型中放置了不同功能的测量圆来监测各种参数的变化。最后选取了内摩擦角、配位数、孔隙的变化来量化评价颗粒形状对黄土双轴压缩性能的影响。结果表明,咬合摩擦作用主要体现在不规则、扁平状的颗粒相互作用中,如若此类型的颗粒含量百分比减少,则试件的内摩擦角降低,以及微、大孔隙在数量上也会随之下降,但试样中平均配位数却是增加的,在整个试件中的分布也较均匀。（4）颗粒粒径的不均匀性深刻影响着黄土松散介质体系的宏微观特性。本文的模型另辟路径,区别于多数学者的“二元”、“三元”模型。兼顾连续级配以及颗粒的形状效应开展三轴压缩试验,建模的基础数据来自于第（1）、（2）研究结果。研究认为,试样中扁平的颗粒居多时,监测到的干密度偏小。但是,呈近球状的细小颗粒比例高的情况下,通常多填充于孔隙空间,系统的配位数增加,使土体更加密实,可用紧密堆积理论来解释。充填效应和占位效应对提高系统的干密度有利,但是过于理想化自然界极少存在这种介质材料;松动效应、壁面效应以及楔入效应则最常见,会导致被测样品的干密度下降,与此同时,接触力的传播受阻,平均法向接触力下降,宏观上表现为抗剪强度的降低。（5）第（2）个内容的分析中,团聚体的稳定性可大致排序为:黏胶粒团聚体优于单粒团聚体和多粒团聚体,复合型团聚体数量相对较少,稳定性也最差。黄土的水理性质与团聚体的自稳程度密切相关,因此,本文建立了单团聚体、多团聚体水解破坏的流固耦合模型,以水压力为主要外部诱导因素。在低水压力下,团聚体几乎不发生破坏,但在高水压力下,团聚体被迅速水解。另一方面,孔隙率小的、密度大的团聚体水稳程度略好。（6）黄土的潜蚀洞穴是黄土高原独有的一种地貌景观,同时也是导致诸如崩塌、滑坡等许多不良地质灾害的诱因之一,更会对构筑物、交通工程、输电线路、排水工程等基础设施造成直接的威胁。洞穴侵蚀的量变演化过程在自然界中发生的非常缓慢,且洞穴侵蚀的萌发始于土体的微观变化,而以往的研究多以野外调查为主,在洞穴侵蚀微观机理的认识上十分有限。亦或是在室内开展物理模型研究,这种方法可能会使用高水力梯度来加速洞穴侵蚀现象的发生,从而导致模型试验土体中发育的组构与自然发生的组构有所差异。本研究通过计算流体力学（CFD）与离散元法（DEM）相耦合的方法建立黄土的洞穴侵蚀模型,在数值试验中使用虚拟胶结物法,将胶结物的溶解转化为黏结强度的降低。从颗粒的侵蚀速率以及颗粒间细观接触力学的演化进程等方面对三个地区洞穴侵蚀的微观机理进行了研究。结果表明,细粒含量越多,胶结力足够大,抗侵蚀能力强,颗粒的侵蚀速率低,且胶结物的溶解速率通常远远早于颗粒的侵蚀速率,颗粒间接触力的各项异性参数的变化幅度也是最小的。但在高水压力下,三个试件中胶结物溶解速率和颗粒侵蚀速率之间的时间差都很短,并快速到达缓慢侵蚀阶段,颗粒间接触力的各项异性参数快速下降后趋于稳定。