脆性材料在土木工程、建筑工程与轨道工程等领域应用广泛,但目前对其变形、断裂与破碎过程的理解尚存在不足。对脆性材料破碎的实验研究虽然是以往研究中最常采用的研究方法,但存在实验成本较高、关键数据的准确测量的难度较大等问题。数值模拟方法可以有效地降低实验研究的成本,并且可以精确地计算出模拟过程中的相关数据,且模拟过程的可视化程度较实验研究较好。鉴于此,本文提出基于离散元建模方法模拟常见脆性材料—砂石颗粒在挤压载荷下的破碎过程。本文中所有的离散元建模工作基于开源离散元建模平台YADE实现,主要研究内容与结论如下:1.提出在简单立方体堆积(SCP)模型的基础上分别填充半径逐渐减小的子颗粒群生成两种改进的立方体堆积模型BCP与TCP,基于Python语言与YADE平台开发并实现本文提出的填充算法。分别研究二维静态载荷与三维动态载荷作用下三种堆积模型(SCP、BCP、TCP)的力学行为。结果表明,BCP较SCP而言,抵抗静态与动态载荷的能力显著提高,但BCP较TCP而言,在静态、动态载荷作用下的力学特性并未见较大的差异。此外,提出基于斐波那契数列研究三种堆积模型的尺寸效应,结果表明三种堆积模型均表现出随着模型中子颗粒的半径按照斐波那契数列规律逐渐减小时,单轴拉伸载荷下发生断裂时的峰值强度均表现出先增大后收敛至稳定值的趋势。2.提出随机移除规则堆积模型中一定数量的子颗粒模拟真实砂石颗粒中存在的缺陷。使用三维离散元建模方法模拟挤压载荷作用下三种使用不同堆积模型(BCP、HCP、RDP)生成的规则形状的砂石颗粒的破碎过程;使用二维离散元建模方法研究规则形状砂石颗粒破碎过程的裂纹生成、扩展与断裂。三维与二维的研究均能模拟出砂石颗粒破碎过程的裂纹的生成与扩展、断裂与完全破碎阶段,模拟结果与以往学者和本文进行的实验研究吻合程度均较高。3.通过扫描技术获取真实砂石颗粒表面轮廓,研究砂石颗粒在挤压载荷施加前是否已经与压盘有稳定接触关系对其破碎的影响。研究表明砂石颗粒在加载前与压盘的接触不稳定时,一般造成在低加载速度(<50 mm/s)挤压时砂石颗粒与上、下压盘接触区域发生小范围的破碎,在高加载速度(50 mm/s–100 mm/s)加载时,仅仅发生与上压盘接触区域附近的破碎。但当加载前,砂石颗粒与压盘有三个以上不共线的接触点时,砂石颗粒一般发生较大范围的破碎而断裂成几个碎片,且此时砂石颗粒破碎过程中的力-位移曲线受加载速度的影响程度较小。