颗粒材料是由大量离散颗粒构成的无序体系,在工业生产与自然界中广泛存在,在外界作用下,可以类似固体保持稳定,也可类似流体发生流动。以碎屑流灾害为工程背景,鉴于预测真实坡体固-液转变十分困难,从物理角度类比工程滑坡的产生机理,构建颗粒离散流动体系,对比不同流态下的动力学量,探究颗粒材料类固态-类液态转变的结构根源。从工程角度,将颗粒介质进行连续化处理,基于物质点法发展了适合颗粒介质大变形的模拟平台,分别模拟了粘质边坡滑动、无粘颗粒流动、颗粒流动冲击、饱和沙堆滑动等过程,论文主要的内容与创新点包括:(1)构建固定压力条件下的平板剪切数值模型,以宏观连续本构为模型验证,对比不同流态下的力链网络、速度分布、能量特征,以自由基剖分为工具,研究了存在宏观剪切带的特定流态下,结构在剪切过程中的时空演化,发现五边对称是结构特征量,低五边对称区与剪切带相关联。(2)基于物质点法,采用弹塑性本构,模拟颗粒流动过程,模型参数通过试验反演。构建了颗粒流动对垂直堆积的三木块冲击物理实验,类比灾害对建筑物冲击过程,考虑物质点法接触算法难以处理静止接触与多体接触问题,采用物质点法与块体离散元法耦合模拟颗粒流动冲击过程,较好地复现了试验中木块的翻转现象,其中,块体间的接触检测通过顶点缩进法实现。(3)摒弃宏观唯象本构,构建了物质点法与颗粒离散元法的多尺度建模框架,宏观采用物质点法计算,每个物质点对应一个颗粒集合构成的代表性体积元,物质点处的宏观应变通过边界条件施加到体积元中,基于离散元计算,反馈接触应力,再进行下一步计算。以沙堆倒塌为基本算例,将宏细观研究进行关联,分析了宏观行为的微观机理。(4)采用两套物质点分别模拟固液两相,依托混合物理论,采用考虑惯性力的达西定律与混合物动量守恒为控制方程,推导空间离散格式,发展了两相物质点法算法,构建了定水头条件下饱和沙堆滑动的物理模型,对比试验结果与数模结果,发现数模中剪切带位置与试验中滑动面位置基本吻合。