颗粒体系是一种能量耗散的非平衡体系，在这样一个特殊的系统中，存在着许多有趣的现象和复杂的动力学问题，对颗粒系统的研究具有重要的意义。本文主要采用实验的方法研究了颗粒物质集合行为的若干问题，分为四个研究内容，从单个的对称颗粒链出发，实验研究其在非对称外界驱动环境下的集合运动行为规律;研究了大量“自推进”颗粒的集合行为，观察其团簇相变现象;研究空间颗粒气体的团簇行为;最后是对混合颗粒固体的剪切行为进行实验和模拟。　　对称颗粒链的实验，我们人为制造了一个具有空间梯度的体系，通过对颗粒链运动规律的统计分析，发现颗粒链的位移、以及在任一局域位置的瞬时速度和加速度都满足高斯分布，说明在该系统中颗粒链的运动行为类似于布朗运动。进一步对势能的研究发现，体系满足细致平衡关系，即涨落-耗散定理在该系统中是适用的。从而进一步定义了有效温度，并将其与表示动能涨落的颗粒温度进行比较，发现二者在实验误差范围内相等。表明我们在一个非平衡颗粒体系中构建出了平衡态系统，且该系统可以很直观的诠释有效温度和颗粒温度之间的关系，该实验对于建立非热力学平衡系统的统计力学有着重要的意义。　　“自推进”颗粒的实验，采用环形样品池，即准一维的实验体系，研究了“自推进”颗粒的集体动力学相变行为。这里所说的“自推进”颗粒，就是在垂直振动的驱动下，一个密度不对称的一头重一头轻的棒状颗粒，能在水平面上朝长轴轻的方向运动，类似“自推进”前进的颗粒体系。实验中通过改变颗粒的数目，发现颗粒的集合运动可表现出气相、气-液共存相和无序固相，且相变点的位置随着系统振动加速度的改变而发生变化。特别地，体系在由气-液共存相到无序固相的相变点处会间歇性的出现团簇聚集和稀疏-有序流动两个稳态。进一步地统计分析发现，当系统达到稳态时，颗粒的径向分布函数与颗粒的短轴和长轴长度相关。从体系中颗粒速度的统计分布可以更直观的得到体系中不同的运动状态。该实验有助于人们对复杂非平衡耗散颗粒体系的集合行为进行理解。　　空间颗粒团簇实验，研究了微重力条件下颗粒体系的相分离情况。采用微重力落塔实验，对不同尺寸颗粒放置于不同大小容器中的团簇进行实验研究。通过流体动力学理论的计算，得到颗粒体系在微重力条件下发生相分离的条件。落塔实验结果和理论计算结果相对比，得到直径为1mm颗粒的恢复系数约为0.8，直径为2.5mm颗粒的恢复系数大于0.9。该实验结果将为实践十号卫星实验的参数确定提供实验和理论依据。　　玻璃-橡胶混合颗粒固体力学响应的研究，采用直接剪切的实验方法和离散元模拟的方法。通过改变颗粒固体中橡胶颗粒的含量，研究体系剪切强度以及剪胀变化等特性，发现随着橡胶颗粒的增加，会出现剪胀到剪缩的相转变现象，且混合颗粒固体的弹性有了很大的提高。实验研究发现，随着体系中橡胶颗粒含量的增加，剪切屈服强度值逐渐减小，体积发生从剪胀到剪缩的相转变现象，但临界剪切强度在一定橡胶颗粒含量范围内保持一致;实验所采取的剪切速率下，应力应变曲线能较好重合，即实验处于率无关区域;混合样品的屈服强度值随正压力的增大而增大。离散元模拟也得到了上述结果，另外模拟还发现，随着橡胶颗粒含量的增加，颗粒的平均配位数增大;橡胶颗粒含量和正压力对剪胀-剪缩相转变的位置有影响，橡胶颗粒含量较小时，在较大的正压力下易发生相转变现象，且剪胀-剪缩相转变点对应的平均配位数在5.6-5.9之间;在橡胶颗粒含量小于30％时，混合颗粒样品的残剪强度与不掺杂的颗粒体系相近;大于30％时，残剪强度随橡胶颗粒含量的增加而减小;残剪强度随正压力加大而增加。该研究有利于人们对力链在颗粒体系中的作用有更为直观的了解，且软颗粒对材料抗剪强度和弹塑性的影响对实际应用有着一定的理论指导作用。　　通过上述实验研究，有助于人们更好地理解复杂非平衡耗散颗粒体系的集合行为，为此类研究提供了有力的依据。