近年来,我国清洁能源的发展日新月异,其中包括以水电开发为主的水利水电工程。在水电建设中,土石坝具有投资省、施工快、对坝址地形地质的适应性强等优点,是重点发展的坝型之一。堆石料作为土石坝主要的建筑材料,具有压实性能好、透水性强、填筑密度大、抗剪强度高、沉降变形小、承载力高等特点。随着土石坝建造高度从200m级到300m级的突破,坝体材料性能发挥越来越充分,坝体的安全裕度也逐渐减低。为解决这一问题,首先需要对堆石料的物理力学性能开展更深入的研究。研究手段主要包括室内大三轴试验以及各种数值方法等。但是,室内试验工作量大,可重复性差,更关键的是缩尺效应较难跨越。随着计算机技术的发展,数值模拟的优势逐渐显现出来。其中,离散单元法因更适用于颗粒材料的数值分析,被广泛应用于探究不同因素对堆石料力学影响的数值分析中。研究表明,堆石料颗粒形状不仅影响颗粒集合体的密度、孔隙率等,而且对材料的力学特性有重要影响。堆石颗粒粒径跨度大、形状及不规则,学者们采用形状描述指标对不规则堆石颗粒进行描述。在数值模拟方面,颗粒形状的构造方法经历了从简单到复杂、二维到三维的过程,早期一般使用单一圆盘或圆球,后发展为使用多个圆盘、圆球或者多边形。但是,仍与真实颗粒形状相差较大。接下来,学者们提出落雨法、分层欠压法、几何法等颗粒集合体构造方法,构造方法往往针对不同的试验目的和要求,所构造的大三轴数值模型与实验室真实试样有出入。因此,如何生成模拟颗粒形状的堆石数值颗粒和处于紧密压实状态的大三轴数值模型成为目前亟待解决的问题。本文基于傅里叶描述符法生成具有不规则形状的堆石单颗粒模型,结合堆石料形状参数,考虑计算机建模效率,对单颗粒模型进行优化消减,最终建立了适用于堆石料大三轴模型数值计算的细观三维离散元单颗粒模型;模型构建采用落雨式分层过压法,重构了粒径跨度2~60mm、孔隙率0.22的大三轴数值模型,数值试样粒径跨度大、孔隙率小;接下来开展了大三轴数值模型的细观组构分析,定性分析了堆石颗粒形状圆润、立体、扁长对堆石料力学性能的影响;为开展全级配大三轴数值剪切试验的数值模拟,探究颗粒形状描述指标与材料力学参数的关系作铺垫。