本文以粗粒土为研究对象,利用PFC2D软件对粗粒土孔隙结构进行建模,基于天河二号超级计算机平台,采用格子Boltzmann方法对粗粒土渗透特性进行模拟研究。首先从单一粒径的粗粒土出发,研究孔隙率和粒径对粗粒土渗透性的宏观及微观影响规律,然后在单一粒径的研究基础上,对单一粒径区间粗粒土的渗透特性展开研究,提出基于Kozeny-Carman方程的粗粒土渗透系数预测模型。接着通过误差分析的方法讨论了预测模型在混合粒径情况下的适用范围。为了验证本文提出的粗粒土渗透系数预测模型,通过自行设计的常水头渗透仪进行室内试验,分别验证单一粒径区间和不同级配情况下预测模型的准确性和适用性。最后将本文得到的预测模型与其他常见渗透系数预测模型进行对比,探讨传统预测公式和本文公式的差异性。本文的主要结论如下:（1）格子Boltzmann方法可以有效地模拟粗粒土的渗流现象,适用于粗粒土渗透的微观机理研究。粗粒土孔隙率增大引起渗透系数增大的主要原因有两个,其一是渗流通道数量的增加;其二是孔隙通道平均尺寸的增加。（2）在单一粒径情况下,当粗粒土孔隙率较小时,孔隙通道数量是影响渗透特性的主导因素;当孔隙率稍大时,孔隙平均尺寸是影响渗透特性的主导因素。在孔隙率和粒径的综合影响下,粗粒土的渗流通道总倾向于向渗流稳定状态发展,即出现多条孔隙平均尺寸大、沿主渗流方向贯通的通道。粗粒土渗流存在明显的主通道现象,即粗粒土渗流方向优先选择连通性较好的孔隙所形成的通道,部分连通的孔隙中渗流速度相对较慢,整体贯通型的通道流动速度较快。（3）粗粒土渗流存在大粒径效应,即大粒径颗粒的存在会造成附近孔隙通道宽度增大,即会产生更宽的渗流通道,这些通道一般是渗流的主通道,小粒径颗粒会对渗流主通道产生扰动,甚至改变主通道的方向。（4）Kozeny-Carman方程相较于其他预测模型更加合理,但是方程中的参数Ck并非定值,其具体数值与孔隙通道的发展程度有关。通过粗粒土渗流特性的微观机制研究可以有效揭示Ck值变化的原因。基于粗粒土渗流模拟结果可以对Ck值进行较好修正,使得修正后的Kozeny-Carman方程应用范围更加广泛,具有非常重要的理论和实用价值。（5）对比自制常水头渗透仪的试验结果、经典预测模型和本文提出的粗粒土渗透系数预测模型,证明了本文提出的预测模型在粗粒土渗透系数计算上的精度和适用性都有了较大的提高。