岩土材料是由颗粒、孔隙和裂隙等组合形成的多相物质,在不同尺度下其物理力学性质有着显著差别,表现出多层次的结构特征。获取并重现岩土材料的细观结构,建立细观结构与宏观性质之间的关系,是认识岩土材料真实力学特性的有效手段,对于多尺度揭示岩土体变形破坏规律和机理,改进岩土工程设计施工有着重要的指导意义。然而现有研究中,在岩土体细观结构建模方面存在着颗粒形状模拟简化过多,颗粒重叠检测及投放仅适用部分形状颗粒,且计算效率低下等问题。基于此,本文采用离散元方法,基于计算几何理论,提出一种包括二维及三维不规则岩土颗粒生成、可视化岩土颗粒模型库管理系统、颗粒重叠检测方法和颗粒投放方法等在内的系统建立岩土材料细观结构精细化模型的方法,并将提出的方法应用于实际岩土工程模拟研究中,其主要研究成果包括如下几个方面:（1）提出了一种基于随机转向角理论的二维不规则颗粒形状生成方法,建立了颗粒形状描述符与颗粒生成算法中输入参数之间的定量关系,并将其用于指定形状颗粒的准确生成。该方法在生成不规则形状颗粒方面表现良好,不仅可以生成指定形状特征的凸凹不规则形状颗粒,在基于图像信息进行颗粒形状重构方面,该方法可以用于非星形颗粒的生成。（2）提出了一种基于二维颗粒轮廓叠加的三维不规则颗粒生成方法,建立了形状描述符与三维颗粒生成算法中特征输入参数之间的经验关系,并以特定块石形状的三维土石混合体试样生成为例对所提出方法可行性进行了验证。该方法能够准确生成体现颗粒外形、圆度以及表面纹理三个方面特征的指定形状颗粒。算法中的四个控制性输入参数(Rab、Rbc、Rl/b和Δφmax)能够定量控制生成颗粒的形状,且具有明确的几何意义,便于理解和推广。（3）结合二维和三维岩土颗粒形状生成方法,开发构建了主要由人机交互界面、颗粒生成导入模块、颗粒分析管理模块和颗粒查询调用模块组成的基于图形界面的岩土颗粒模型库管理系统,通过实例应用展示了该系统的使用过程。该系统的可视化操作方便了第三方人员简单快捷的应用本文提出的颗粒模型生成方法。（4）提出了一种对二维及三维凹凸不规则形状颗粒普遍适用的颗粒重叠检测方法,该方法在检测颗粒重叠的同时,还能用于颗粒之间距离的精确计算,最后以砂岩热损伤模拟为例介绍了该方法的岩土工程中的应用。结合重力沉降法以及颗粒缩放/膨胀方法,提出了两种改进的不规则颗粒投放算法。这两种颗粒投放算法操作过程简单,能够实现颗粒投放面积的精确控制,快速得到所需的高低密实度试样,对于二维/三维不规则形状颗粒投放普遍适用。（5）将提出的颗粒生成方法、颗粒重叠检测和颗粒投放算法应用于土石混合体边坡开挖模拟中,从裂隙扩展、应变演化等宏细观相结合的角度探究了土石混合体边坡坡脚开挖失稳机制,研究了块石形状及含石量对土石混合体边坡稳定性的影响。结果表明本文提出的方法在建立岩土体细观结构建模方面具有良好表现。而在坡脚开挖破坏方面,含石量的升高会影响边坡稳定性并改变土石混合体边坡的破坏模式。随着块石伸长指数以及圆度指数增大,高含石量土石混合体边坡会逐渐由局部浅层滑动转变为深部整体滑动破坏模式。