堆积密度与堆积结构反映了土体颗粒材料排列分布的结构特点,因此是粗颗粒土等众多颗粒材料物理力学性质探索的一项基础性工作,也是颗粒材料特性在宏细观尺度分析的切入点。文章围绕圆砾颗粒具有的散粒体介质特征且形态分布的多样性,借助颗粒流软件并结合对应室内物理试验对圆砾料堆积密度与堆积结构进行研究,具体内容如下:(1)利用数字图像处理技术采集了2-60mm共7个粒组的圆砾颗粒二维图片,并将其二值化。基于Image pro plus图像软件分析了圆砾颗粒的几何参数与形态参数,认为圆砾料颗粒形状特征接近椭球但分布较为离散,有必要建立不同形状参数的颗粒模型来反映圆砾料的实际分布规律。(2)以轴向系数表征圆砾颗粒的形状特征,利用PFC3D内置clump功能构建了圆砾颗粒椭球模型。建立与实际圆砾料在形状尺寸上相互对应的圆砾料离散元数据库,探究分析了简单随机抽样、正态分布抽样、分层抽样三种数值抽样方法的合理性。(3)对2-60mm共7个粒组的圆砾料分别进行了单粒组的室内物理堆积与数值模拟堆积试验。结果显示,圆砾料各粒组堆积的孔隙比基本上相等,大粒组的孔隙比偏大现象可能为尺寸效应所致;数值模拟中,当f小于0.4时,颗粒堆积孔隙比随着颗粒间滑动摩擦系数的增大而增大,当f大于0.4时,孔隙比增加缓慢;根据物理堆积试验结果标定了圆砾颗粒椭球模型的滑动摩擦系数f为0.3。(4)基于“分界粒径-体积填充”法,在PFC3D软件中利用孔隙率细观参数构建了基于离散元模拟的圆砾料堆积结构判定方法并实现了级配圆砾料在数值模拟中模拟振动台法振动密实颗粒的过程。选取C_c=4.5,C_u=8为参数的间断不均匀级配、C_c=1.06,C_u=1.73的连续均匀级配进行数值模拟计算,并判定对应的堆积结构。数据证明,堆积结构与具体堆积颗粒的级配存在密切联系。且模拟试验验证了基于离散元堆积结构判定的可行性,也揭示了采用固定粒径分析的不足。