砂土和堆石料作为一种工程上广泛使用的散体材料,其宏观力学性质会受到颗粒形状的影响。考虑到散体材料的离散特性,用离散元方法来探索颗粒形状对散体材料剪切行为的影响是一种有效途径。尽管许多学者都曾尝试用离散元方法在相同孔隙比下研究颗粒形状对试样剪切行为的影响,但在相同孔隙比下,不同颗粒形状颗粒形成的试样的密实状态可能不同,而密实度是影响散体材料剪切行为的重要因素。本文通过控制颗粒的摩擦系数来形成不同孔隙比的试样,使试样处于相同的相对密实度下,进而研究颗粒形状对散体材料剪切行为的影响。本文采用三维颗粒流计算程序(PFC3D),通过clump模拟不同形状的颗粒,并用模型尺寸扩大法来缩短计算时间。文中主要研究了四种颗粒形状以及三种相对密实度(35%,65%以及100%)下进行了数值直剪试验。研究结果表明:同一颗粒形状试样的峰值剪切强度随着相对密实度的增大而增大,而残余强度以及25%应变下的试样孔隙比都基本相同。在相同的相对密实度下,峰值强度和残余强度受颗粒球形度影响较小,而受到颗粒表面光滑度的影响较大。在相同的形状系数下,表面凹凸颗粒形成的试样的峰值强度比表面平整颗粒和球形颗粒形成试样的峰值强度高,这是由于表面凹凸颗粒更容易产生较大的咬合作用引起的。