散粒体材料广泛存在于自然界中,其物理性质复杂多样。利用离散元方法研究其力学行为已成为当今科学研究中的热门问题。而剪切带的形成发育情况为颗粒物质的力学行为主要变现形式之一,研究剪切带的形成能很好的揭示散粒体宏观力学特性的内在作用机制。为了得到更为详细的颗粒数据信息,本文基于开源离散元系统,建立并开发了颗粒离散元三轴压缩模型,结合室内试验,对细观层次颗粒的力学行为进行统计分析,揭示了散粒体剪切带宏观尺度下的变形性质。主要研究结论如下:(1)研究了球形颗粒间碰撞检、交互、运动学变量等数值实现方法,对颗粒间应力、位移、以及旋转进行了详细的介绍,并基于颗粒间滚动接触这一特征,采用考虑颗粒滚动效应的接触模型,建立了一种可控制初始级配及孔隙率的离散元数值模型。(2)详细介绍了模型的生成及加载方法,分析了泊松比、摩擦角、弹性模量等细观参数对数值模型的影响,并通过不同级配及孔隙率的室内试验分别对数值模型进行验证,且试验结果吻合较好。数值结果表明:在准静态加载条件下,各种材料参数都会对试样的变形及承载强度产生重要影响。不均匀系数与孔隙率对砂土峰值强度有明显的影响作用,密集且不均匀系数小的砂土可增加其抗剪强度。(3)从细观层次出发,通过将离散元数值模拟产生的大量数据导入可视化软件中,从而对试样剪切带的产生及物理特征进行分析,颗粒三维力链直观表示了压缩过程中试样内部力学结构特征,位移矢量图清楚地展示了内部颗粒运移路线,应变图清楚地展示了剪切带形成过程以及其特征参量,包括位置、厚度、倾角等。以这些研究为基础,利用统计方法研究,对不同位置的颗粒进行定量的位移、速度、转角及配位数等分析,研究剪切带内外颗粒的运动规律的不同。进一步分析了级配和孔隙率对剪切带内外颗粒运动参量的影响。