离散元法由于能够描述颗粒性材料的微观接触状态而在岩土工程、道路工程中广泛应用,本文基于离散元软件PFC2D开展级配碎石形态特征以及力学性能的研究。根据相关研究表明,作为路用最基本材料,碎石集料颗粒的形状对于其力学特性具有显著影响,而现有离散元法在模拟级配碎石的形态特征时还存在诸多不足,所以如何精确模拟级配碎石轮廓形态的同时保证模型的计算效率,对于道路工程数值仿真实验的研究具有重要意义。基于此本论文主要内容如下:(1)运用 AggregateImageMeasurementSystem(AIMS)分两次进行扫描,第一次扫描获得每一档粒径的各形态数据分布,包括颗粒轮廓图、棱角度系数、纹理系数、扁平率等;根据各档粒径的棱角度系数分布,进行第二次扫描,筛选出27个样本颗粒;对不同粒径颗粒的形态数据进行统计分析,研究形态特征分布规律;(2)结合图像处理技术,提出一种轮廓填充的粗集料颗粒成型的离散元方法,通过像素读取、筛除,在PFC2D内重构二维轮廓形态;将颗粒形态指标与颗粒数值模型一一对应,建立二维的粗集料数值颗粒库文件,以进行数值实验模拟;建立一种基于形态特征分布的粗集料颗粒投放算法,可以根据同形态特征以及级配要求,投放不同形态的粗集料颗粒;(3)为了解决采用重力投放算法无法获得高密实度试件的缺陷,提出一种基于边界判别算法的混合料成型方式,通过判断左右边界位置属性,以确定粗集料骨架外部区域,该算法可以判断本文所提出的极不规则且“镂空”形状的粗集料骨架区域,完成细集料的快速填充;通过判断圆盘周围是否有接触,来筛除因初始速度过大而逃逸的圆盘,并以实例分析该算法在成型试件时,粗细集料生成量的实际误差;(4)根据PFC2D原理,完善应力控制和应变控制的算法,根据材料密度的差异性和实验需要,提出基于空隙率的控制算法、基于干密度的控制算法,以快速计算和判断集料颗粒的生成量;通过虚拟单轴贯入实验,研究PFC2D内各项微观参数对于实验结果的影响;建立不同档单一粒径、不同组合粒径、SMA-13、AC-13的单轴贯入实验仿真模型,标定粗集料的最佳微观参数;从实际成型空隙率、微观接触状态、计算效率的角度将轮廓填充法与传统的成型方法进行对比,确定轮廓填充法的优势;成型不同棱角度颗粒的单轴贯入试件,研究并分析棱角度差异性对于微观接触状态的影响;(5)基于混合料成型算法,进行连续级配的级配碎石数值优化设计,分别改变级配组成中的n值和最大粒径,建立9组不同的级配,分别进行CBR、抗剪强度的数值实验,确定最佳n值和最大粒径。