土颗粒材料的离散性决定了它的特殊性。连续体理论不能够真实地反映出土体材料的力学特性以及破坏机理,而离散单元法能够弥补这一缺陷,能够真实有效地模拟得到土颗粒材料的接触力和位移信息,但是由于颗粒材料数目庞大,且关注的分量数目繁多导致了计算量非常巨大。同时,由于经典连续体理论并未考虑到颗粒材料的滚动,使部分数值计算无法进行,也不能够真实地反映颗粒材料的位移变化过程及应变局部化现象,而Cosserat连续体理论引入的旋转自由度和偶应力能够更好地和离散单元法的数值计算结果相对应,可以弥补经典连续体理论的不足。此外,Cossserat连续体理论还提出了“内尺度参数”这一概念,在处理颗粒材料这样具有细观结构尺寸的研究对象具有巨大优势。本文结合Cosserat连续体理论和离散单元法及有限元法对土颗粒材料进行基于两尺度的二维以及三维数值模拟研究。主要工作如下：采用离散单元法,考虑更加合理的颗粒滚动机制下的颗粒接触模型,利用Fortran编译的离散元程序建立二维单轴压缩实验模型,进行数值模拟计算,计算得到每个颗粒接触力、接触力矩以及位移、转角等信息,选取考虑滚动的接触模型进而计算颗粒材料的应力、应变。由模型变形图、有效应变图以及体应变图可以观察到清晰的X形剪切带,说明考虑滚动机制模拟二维情况下颗粒材料受压过程中应变软化问题是合理的。利用两尺度理论,采取表征元作为微观到宏观的中间尺度,由表征元内颗粒以及外部接触颗粒信息计算得到表征元应力应变,从而得到剪胀系数、摩擦系数与有效应变关系曲线,以及其他宏观参数。建立与离散元模型类似的有限元数值模型进行有限元数值模拟,由有限元模型的转角云图、有效应变图以及体应变图可以观察到与二维离散元类似的剪切带,说明离散元-Cosserat连续体有限元两尺度分析方法对于二维颗粒材料的受压过程中应变软化问题是有效的。利用新型平面应变仪得到的砂土的平面应变实验数据,通过分析砂土试样大主应力差-轴应变图可知在砂土试样受压过程中,剪切带占主导地位。在剪切带内选取表征带内点3个点求取表征元的剪胀系数及试样的摩擦系数与有效应变关系曲线,建立有限元计算模型进行有限元数值计算,并与二维平面应变实验结果做对比分析,结果表明离散元-有限元两尺度方法是可行的。考虑到工程实际均为三维空间下的工程问题,采用离散单元法,利用Fortran编译的基于三维空间的离散元程序,建立单轴压缩实验模型,对其进行位移加载,分析实时颗粒接触力、位移等信息,数据的处理和分析同二维相同,得到试样的位置图、转角图、体积应变云图、有效应变云图以及试样的轴向应力应变曲线。通过分析得到：两尺度理论能够较合理地将离散元和基于Cosserat连续体理论的优势结合,能够较好的模拟颗粒材料的应变局部化问题。