土石坝具有投资省、施工快、对地基的适应性强以及抗震性能好等优点,在我国得到了广泛应用。近年来,我国建设的土石坝坝高达到300m级。随着坝高的增加,坝体内部的堆石料颗粒破碎程度增大,大量的颗粒破碎导致坝体变形增大,过大和不协调的变形导致坝体出现裂缝和防渗体系破坏等问题。同时这些高坝多位于地质环境复杂且地震频发的区域,地震荷载作用也会引起内部堆石料的破碎进而增大坝体变形。因此研究堆石料在静动力荷载下的变形特性是进行土石坝安全评价的前提。目前堆石料静动力荷载下的变形特性主要采用室内三轴试验测得,由于现场堆石料颗粒粒径大,室内试验需要对现场堆石料进行缩尺处理。工程经验表明采用室内试验得到的参数计算高土石坝的变形,其计算值通常低于现场观测值,因此采用不考虑缩尺效应的室内试验参数计算坝体变形会高估其安全性。离散单元法可以方便地获取任意时刻试样内部的结构,且数值试样的尺寸不受限制,为从细观尺度上研究堆石料的力学特性和尺寸效应提供了可能。本文从细观尺度出发,采用离散单元法模拟堆石料数值试样的受力与变形,拟合室内常规大三轴试验等,确定颗粒接触的力学参数,与室内超大三轴试验等对比,验证了与粒径相关的颗粒接触力学参数的合理性,进一步研究了堆石料静动力荷载下的变形特性和尺寸效应规律,主要内容如下:（1）从颗粒尺度出发,考虑颗粒强度的粒径相关性,以颗粒破碎为纽带分析了不同尺寸试样内部应力张量与应变张量的联系,验证了不同尺寸试样之间应力-应变关系的转换方法,推导了邓肯-张E-B模型参数的粒径相关性。结果表明大尺寸试样的应力-应变曲线可以根据单颗粒强度的粒径相关性系数和小尺寸试样的应力-应变曲线进行估算,通过与超大三轴试验曲线对比验证了计算方法的合理性。推导了邓肯-张E-B模型参数的尺寸效应公式,发现参数φ0、K和Kb具有尺寸效应,而破坏比Rf以及反映压硬性的参数n和mb、△φ没有尺寸效应或是尺寸效应不显著的量。由缩尺试验推求原型试样的最大颗粒径径比宜限制在15以内。（2）胶结抗滚动模型是在接触粘结模型的基础上添加对滚动方向的限制得到。在推导胶结抗滚动模型精确缩尺规则的基础上进一步提出了颗粒强度粒径相关性的引入方法。采用该方法模拟了不同粒径颗粒的强度试验,模拟结果表明通过引入与接触半径相关的粘结强度可以较好地模拟颗粒强度的尺寸效应规律。通过将颗粒强度的粒径相关性引入堆石料数值模型中,采用两种模拟颗粒破碎的方法研究了不同尺寸试样的三轴剪切规律。模拟结果表明试样的尺寸越大,相同围压下试样内部破碎越严重,峰值内摩擦角越小,剪缩性增强。整理不同尺寸试样的邓肯-张E-B模型参数发现模拟得到的参数规律与解析模型中参数的尺寸效应规律具有较好的一致性。（3）堆石料的湿化机理体现在水对变形模量和颗粒强度的软化及接触点的润滑作用三个方面。根据干燥和饱和状态下的单颗粒强度试验和室内试验分别确定干燥和饱和状态堆石料的离散元模拟参数。通过将干燥试样的参数转换为饱和样的参数可以较好地模拟堆石料的湿化变形过程。在等应力比路径和常规三轴应力路径下,相同应力状态下大尺寸试样的湿化变形均大于小尺寸试样的。湿化变形量主要受试样的特征颗粒粒径、围压和湿化时的大小主应力比影响,其中试样的特征颗粒粒径和围压对湿化轴向应变和湿化体积应变的影响程度相当,湿化时大小主应力比的增加会加速湿化轴向应变的发展。（4）通过考虑堆石料的颗粒形状和颗粒破碎特性模拟了堆石料动弹性模量的变化规律。采用多个等粒径小球按最密六方排列随机组合得到不规则形状的堆石颗粒,模拟花岗岩堆石料不同围压下的动力响应,研究了密实程度对动弹性模量的影响。结果表明模拟的骨架曲线与室内试验具有较好的一致性。密实试样的有效配位数高,在相同动应力条件下颗粒破碎量较少,动弹性模量随动应变的增加而衰减的速率较慢。