当前对于多种岩土材料的研究设计依旧是建立在大量的实验基础上进行的,虽然取得一定的成果,但已逐渐无法满足社会需求。原因在于传统的实验-经验方法不能从根本上说明岩土材料的结构组成和性能,且对人力物力财力均有大量的损耗,不利于经济环保。近年来,各学科领域的学者在岩土材料各组分间的分布规律、材料性能、相互作用方面取得了大量有价值的研究成果。但目前对纤维加固黄土和沥青混凝土的损伤机理及特性的研究多从宏观角度出发,忽略了细观结构的影响,且在已展开的宏观研究中多采用模型近似方法,无法准确反应岩土工程材料特殊的非均匀性及破坏的随机性。因此需要从细观组成结构做起。本文基于组成材料的特殊性,克服以往只从宏观角度研究的局限性,从细观角度出发剖析了岩土工程材料的特殊性能。1)基于X-ray CT扫描实验及MATLAB程序平台,通过图像预处理获得品质较高的岩土工程材料CT图像,从而准确有效的提出细观结构评价指标。2)通过三维重构技术获得纤维加固黄土中各组分材料的三维模型,利用纤维的方向性与孔隙的分布描述了纤维加固黄土的细观结构特征并对纤维直径进行修正,同时采用近似的手法建立纤维、固化体及孔隙的有限元模型,为研究纤维加固的黄土试样力学性能奠定基础。3)为了进一步研究纤维对试件物理性能的影响,进行了基于图像处理技术的纤维加固黄土的有限元模型构建,基于MATLAB随机投放了不同体积含量以及不同长度的纤维并生成有限元模型,采用0.04m*0.04m*0.1 6m的小梁模拟了三点弯曲试验,进行有限元分析。4)通过建模软件和数值模拟软件的结合,采用巴西劈裂试验的数值模拟方法评价了粤港澳大桥沥青混合料SMA-13的物理力学性能,并利用孔隙区分细观结构,进行宏观力学与细观组成结构的分析,用定量定性的手段分析了孔隙对其宏观力学性能的影响,与此同时,研究了外荷载作用时产生同等径向位移影响的力学参数,提出了等效弹性模量的概念,从而将混凝土的细观组成结构—宏观力学性能—力学材料参数建立相关联系,对设计研究沥青混凝土,评价其性能具有重要意义。5)利用3D图像处理软件最大程度的恢复CT图像,完成粤港澳大桥沥青混凝土SMA-13各相组成的模型构建,并提出一种可分析混凝土集料的空间分布、细观结构、以及集料形态的三维可视化方法,由此倒推了 SMA-13试样的级配分布曲线,同时,介绍了一种可进行数值模拟计算的网格模型优化方法,使得节点总数与单元数有效减少,模型的质量和计算机处理速度显著提高,为进行大规模的数值计算提供可能。