岩石是一种由多种矿物组成的天然非均质材料,矿物细观力学特性对岩石宏观力学行为有重要影响。矿物力学性质的不均匀性和岩石细观结构发育程度的不同,是岩石宏观力学性质表现出较大变异性的重要原因之一。岩石矿物颗粒和细观结构的不均匀性越大,岩石宏观力学性质的变异性就越大。本文选取花岗岩为研究对象,从宏观和细观两个方面研究了花岗岩的力学特性,提供了一套从细观层面研究岩石宏观力学性质变异性的研究方法。本论文的主要研究内容和基本认识如下:(1)通过宏观物理力学试验,获得了花岗岩试样的一些物理性质指标和力学性质参数,并统计了力学参数的变异情况。结果表明:被测花岗岩的抗拉强度和单轴抗压强度的变异性较大,变异系数高达20%;对于三轴压缩试验,花岗岩内部的裂纹随着围压的增大而逐渐闭合,导致所测结果的变异性相对较小,变异系数在3%左右。(2)采用CT扫描实现了花岗岩组成矿物的定量测定和细观结构分析。本文采用阈值分割方法,综合X射线衍射试验结果确定合理的分割阈值,实现了花岗岩CT图像的三值化分析。结果表明:不同矿物的CT图像具有不同的灰度值,选择合理的分割阈值,可以实现花岗岩主要矿物石英、长石、云母的识别和定量分析;基于三维重构模型,可以获得不同矿物的形状、粒径和空间分布特征。(3)通过纳米压痕试验,获得了花岗岩组成矿物的弹性模量和硬度参数。提出了一种基于纳米压痕试验数据和数值模拟反演岩石矿物力学强度参数的方法。借助人工神经网络和数值模拟,构建了矿物宏细观力学参数响应面模型,并通过优化算法反演得到了矿物的粘聚力和内摩擦角。结果表明:不同的矿物具有不同的粘聚力和内摩擦角,其中石英的结果为三种矿物中最大,长石次之,云母的结果最小且离散性较大。(4)采用离散元方法对花岗岩的三轴压缩试验和巴西劈裂试验进行了数值模拟研究,分析了花岗岩细观参数对其宏观力学性能的影响情况。结果表明:模型的抗拉强度取决于接触面抗拉强度,并随着接触面抗拉强度的增大而增大;模型的粘聚力受接触面粘聚力和矿物晶粒粘聚力的共同影响,取决于两者中强度最低的那个,内摩擦角也有同样的变化规律;受尺寸效应和本构模型的影响,通过离散元模型反演得到的矿物力学参数与通过纳米压痕试验反演得到的参数相比,两者存在着很大的不同。