颗粒物质是由大量离散的颗粒单元组成、具有复杂粒间相互作用和动力规律的体系。颗粒材料在自然环境和人造工程中广泛存在,水利工程所关心的多种材料介质,例如混凝土、岩石、泥石流等均可用颗粒体系进行概化描述。颗粒材料的破坏乃至流动是其在准静态条件下受力变形,导致体系强度下降的结果。研究颗粒体系在准静态下的力学和结构性质,对于理解和预测颗粒体系的失稳、指导工程实践,具有重要的意义。本研究采用离散单元法(DEM),对粘结颗粒体系展开理论和应用研究。理论上,本文从微观、细观尺度入手,解析颗粒体系在准静态下的力学、结构特征,并与宏观现象建立联系,以小见大,揭示颗粒体系应力、应变等表观响应的内在机理。在多围压三轴压缩模拟中,以应力峰值时刻区分压缩过程的线弹性加载阶段和残余应力阶段。在弹性压缩区,体系呈现均匀压缩形态,结构整体性较强;而在残余应力阶段,剪切带逐渐形成,体系承载能力下降。在剪切区域中,颗粒间粘结约束被破坏,局部力学性能弱化,随着围压升高,剪切断裂较拉伸断裂占据优势;力链逐渐向垂直于剪切方向趋近,强弱力链对比显著,颗粒单元应力水平差异极端化。系综颗粒温度平均值演化趋势与应力曲线相似,在残余应力阶段维持一定水平,空间极值出现在剪切区域。基于自由基剖分分析体系细观拓扑结构,发现局部五边对称性与颗粒体系密实度呈正相关,五边对称性低的区域倾向于发生塑性事件。应用上,本文引入颗粒影响范围系数改进DEM接触判据,通过加密初始粒间接触网络,赋予粘结强度,模拟典型颗粒介质——甲烷水合物沉积物MHBS的宏观性质指标,为水合物开发利用提供技术手段。摒弃粘结距离参数与MHBS试样饱和度的经验关系,将颗粒接触距离的扩张范围视为胶结物体积,定量计算数值模型胶结物体积分数,建立了较为准确的MHBS饱和度-抗压强度二元关系。接触范围系数的引入为颗粒体系添加了额外接触,提高了体系的表观压缩模量和抗压强度。由于数值模型本构关系的简化性,在应力-应变曲线下降段,其软化速度高于试验结果。