土壤是由矿物质、有机质、水分和气体等构成的多相体，具有非常复杂的成分构成和非线性物理力学特性。抗剪强度是土壤的主要力学特性之一，准确认知不同种类土壤的抗剪力学特性，对于提升工程建设质量、保证施工安全、提高工程机械作业效率等有着重要的意义。铲刀机构广泛配置于各种农业机械和工程机械中，它作为与工作介质直接接触的工作部件极易磨损，在很大程度上决定着工程质量。基于理论研究对铲刀结构的设计和优化进行指导，可以有效提高作业效率，降低生产成本，同时能够规避部分作业风险。本文主要研究内容和结论如下:　　1.利用PFC3d软件建立方形和圆柱形两种标准的剪切盒模型，并在内部生成沙土颗粒料床，在不同法向载荷下对样本进行剪切。文章将仿真所得的抗剪特性数据与实验室实验结果进行对比分析，校正输入模型参数，对土壤微观特性参数进行标定;研究发现剪切盒形状会对剪切力曲线产生影响，料床模型在剪切过程中呈现减缩现象，同时剪切速度、粒径大小和颗粒间摩擦系数等参数均会对抗剪强度产生影响。　　2.利用PFC3d软件建立1∶9的铲刀缩小模型;以直剪试验标定的物性参数为基础，构建土壤料床模型;分析不同铲土角度、推土速度、入土深度下，铲刀工作阻力的变化规律。在三组单因素变化的仿真中，铲土角度75°、推土速度80mm/s、入土深度60mm对应的方案中铲刀受到较大的阻力;铲刀所受阻力随入土深度的增加而增大，但并不随之发生线性变化;随着运行速度的上升，铲刀受到的阻力波动增强。　　3.讨论了不同铲刀曲面的大型推土铲铲运碎石的工作阻力。利用SolidWorks建立推土铲模型，并导入EDEM软件中;采用EDEM软件建立碎石混合体模型，并模拟推土铲铲运工程。文章对比了不同形状曲面的推土铲所受的前进、竖直和侧向方向上力的大小情况，分析了其变化规律;指出推土铲结构设计应依照其工作目的进行，当推土机用于铲运时，应该选取曲率半径较小的设计;当推土机用于平地时，应当选用曲率半径较大的设计。