随着我国高速铁路向中西部发展的战略,有砟铁路也将越来越多地应用于高速铁路工程建设以降低成本。因此对道砟碎石颗粒材料在高速循环动荷载下性能的研究具有很高的紧迫性。目前对于颗粒材料宏观力学性能和颗粒形状的几何特征之间关系的研究仍然不足,而要探明二者之间的对应关系则必须对颗粒的几何细观特征如形状、棱角性、表面纹理进行准确的量化测量和评价。因此如何对颗粒几何特征进行准确高效的定量化测量是研究颗粒材料力学性能过程中必须要解决的一个问题。本文建立了一种利用两块相互呈角度的平面镜辅助图像采集的方法,结合计算机图形学算法完成了对待测颗粒的三维模型重建。基于此方法开了图像采集的硬件装置,并使用该装置对土木工程中使用的颗粒材料,尤其是铁路工程中使用的道砟碎石进行了图像采集、图像处理、三维模型重建、模型分析。基于三维模型重建的理论对极线外切约束、轮廓线精度、网格精度等因素进行了优化分析。介绍了量化分析颗粒材料几何特性的方法,并基于本文建立的软硬件设备完成了对不同几何特征参数的测量。对试验样品碎石颗粒进行手工卡尺测量和机械筛分试验,并与图像测量法所得结果进行对比,验证了本文测量所得参数与实测值具有很高的一致性。采用测量所得到的颗粒模型进行参数分析,得到了棱角性指数、圆度、球度、凸度等几何特征参数,并根据所得参数进行了分类对比,提出利用几何参数的概率分布可以对不同种类碎石进行区分。通过分析不同参数组合下不同形状类型的颗粒数据分布状态提出了利用长细比-球度分布、球度-凸度分布来进行碎石颗粒形状的定量化分类。