一般情况下,岩体材料都是由大量的颗粒物质组成的,砂土在形成过程中由于有机质及矿物成分的分解,造成了砂土孔隙率高、颗粒疏散且各向异性的结构特性。迄今为止,为了更好的了解砂土这种岩土材料的特性,许许多多的学者投身到砂土的力学特性研究当中。虽然对砂土的宏观特性取得了一定的成果,但从细观角度出发对砂土的研究还很缺乏。本文考虑结合砂土的宏细观特征,对砂土进行力学特性的分析,以期达到从细观角度来解释宏观现象的目的。为了达到这个目的,本文拟采用PFC颗粒流模拟与室内试验结合的方式,首先对均匀砂及近似级配的砂土（Cc、Cu一致,颗粒粒径分布不同）分别控制相对密度来进行直剪试验,然后再对其进行PFC模拟试验,将所得结果进行对比,从细观角度上解释一些宏观现象。并通过摩擦角的比值来对PFC模拟代替室内直剪试验的可靠性进行肯定,得到了砂土级配与抗剪强度的确切关系。且现有的粒径划分多依赖筛分试验,且受到了筛孔孔径的局限,通过PFC颗粒流模拟试验可以试验颗粒粒径分布的任意化,即级配的任意化。如此一来,可按砂土分类标准来对d₅₀分类,并进一步通过控制不均匀系数等颗粒级配参数来界定砂土的内摩擦角,可为岩土工程的内摩擦角提供有效参考值。本文主要取得的成果如下:1.通过对PFC模拟任意粒径分布下的直剪试验所得数据进行归纳整理可以发现:当d₅₀、d₁₀恒定时,内摩擦角随着不均匀系数Cu的增大而增大,且当Cu大于某一特定值时,内摩擦角的增大速度明显变快;当d₅₀、Cu恒定时,内摩擦角随着d₁₀的增大而增大;当改变d₅₀的值时,发现其对内摩擦角产生的影响远不及Cu对内摩擦角产生的影响。2.近似级配砂直剪试验结果表明:颗粒级配影响抗剪强度的大小,级配越均匀,抗剪强度越大,摩擦角也随之更大。另外,根据均匀砂的直剪试验可知,砂土所含粗粒越多,砂土的抗剪强度就越高。3.通过Matlab进行神经网络的训练,并输入宏观参数来完成PFC细观参数的选取。4.利用PFC2D对砂的室内直剪试验进行模拟,通过图形的输出更加直观的看到了砂样颗粒与颗粒之间的孔隙率、配位数以及接触力的变化现象。并证明了颗粒流模拟方法和试验室试验的一致性。5.经过对剪切盒中部及四个角落处测量圆的孔隙率、配位数的变化曲线分析得到:随着剪切的持续进行,孔隙率及配位数都是一个持续变化的过程,且不同位置的孔隙率和配位数的变化规律不尽相同。剪切初始阶段左上角和右下角颗粒孔隙率最小,平均配位数最多,这符合实际的剪切过程中力的分布。且在剪切后期由于剪切作用导致剪切带中颗粒移动、旋转、翻滚比较明显,于是两个角的平均配位数都急速下降且伴随着孔隙率的增大。6.利用PFC2D,实现级配的任意化,可以求得不同细化级配下的抗剪强度和内摩擦角,以便作为工程有效参考值。