为了揭示快速贯入颗粒材料的贯入机制,本文从试验和离散元数值模拟两个方面对圆柱试件动态贯入石英砂这一问题进行了研究和分析。试验采用了12种不同长度、不同直径、不同尖端形状的铸铁试件分别以3m/s和6.5m/s的速度冲击石英砂试样,利用高速相机以1000fps的帧率拍照记录,采用Image J进行图片处理和分析,得到贯入速度和位移的时程曲线。然后对贯入时程曲线进行分析,得到试件的不同长度、不同直径、不同尖端形状及贯入初始速度对动态贯入深度、速度及加速度的影响差异。离散元数值模拟主要进行了以下工作:首先根据已有的直剪试验建立直剪模型,通过拟合试验得到的应力应变曲线,确定石英砂的细观力学参数;然后通过PFC2D建立贯入试验模型,对不同初始贯入速度、不同长度、不同直径、不同尖端形状的圆柱试件贯入时程曲线进行分析,并与试验进行比对,以验证数值模型的合理性和试验结论的准确性;考虑石英砂颗粒形状进行不规则颗粒试样建模,与规则球体颗粒的离散元模拟结果进行对比,分析二者对贯入时程曲线的影响和贯入结果的差异;根据能量和深度的拟合公式,利用MATLAB拟合试验和模拟的动能-深度曲线,分析贯入过程中的能量变化;根据离散元模拟得到的石英砂颗粒的位移云图和不同时刻下的力链构型,从细观上分析动态贯入过程中颗粒的动力响应、试件与颗粒之间的相互作用、颗粒的受力及颗粒的孔隙率变化情况。研究发现:在速度为一个量级时,动态贯入的贯入深度与初始贯入速度成正比,但贯入时间却与初始贯入速度成反比;在质量相差不大时,试件的长度对贯入深度的影响大于试件的质量和直径对贯入深度的影响;在试件直径和长度一致时,试件的尖端形状对贯入深度的影响大于试件的质量对贯入深度的影响;长试件和短试件的速度变化模式有所差异,整个贯入过程长试件的速度变化平稳,加速度无明显不同,短试件的速度前期变化较大,后期趋于平稳;贯入过程中的能量随深度呈指数型减小趋势;在动态贯入过程中颗粒会喷溅,圆柱试件与周围颗粒存在一定的空隙,颗粒的位移场呈V型扩散减小;颗粒一开始受集中力,后力链构型呈类半圆形的伞状向外扩散,贯入后试件周围颗粒受力较小,为拉力受力区,底部颗粒力受力较大,为压力受力区。