渗流常发生于各种土体中,严重时会引发地质或工程灾害,如地质滑坡、堤坝破坏和河岸线迁移等。堤坝建造、岛礁填筑和海洋风机建设等工程都会面临渗流问题,上述工程建设的土体材料很大一部分为无粘性颗粒,如石英砂、钙质砂等。而当前关于无粘性颗粒材料的研究很少考虑颗粒形状的影响,特别是在流固耦合数值模拟中,绝大部分的研究都将颗粒视作球体。因此,在进行渗流相关的分析时考虑颗粒形状这个影响因素有助于我们进一步认识渗流机理。本文从流固耦合模拟的基本概念出发,分别阐述了离散元等部分的基本原理,说明了MS（Multi-Sphere）模型的内在机理,介绍了3种不同的流固耦合求解方法。利用MS模型构建了接近颗粒原始形状的非球颗粒,使用形状参数量化颗粒形状,为后续考虑颗粒形状的渗流研究奠定基础。颗粒沉降速度是流固耦合中重要的参数,一定程度上能反映土体颗粒的渗流特性。因此本文对考虑了颗粒形状的单颗粒沉降数据进行了整理,使用GP算法对其进行拟合,提出了一个沉降速度预测模型——GP方程,该方程在以往考虑粒径、颗粒与流体的密度比、流体的运动黏度等因素的基础上,还考虑了颗粒形状对沉降速度的影响。使用NMSE等3个误差统计参数对包括GP方程在内的5个沉降速度预测模型进行评测,GP方程3项值均为最优,GP模型在预测沉降速度方面的精度相比以往的模型得到了进一步的提升。使用MS模型创建3种不同形状的非球颗粒,利用任意解流、全解流和非解流等3种求解方法进行单颗粒沉降流固耦合模拟。发现任意解流方法的输出结果与GP方程的预测值最为接近,全解流方法次之,非解流方法的输出结果最差。任意解流方法能较好地刻画出颗粒在沉降时发生的翻滚、尾流生成与消散等现象,较其他两种方法具有一定优越性。接下来,本文使用非球颗粒进行土体渗流破坏模拟,探究颗粒形状的影响。首先分析了并行计算对模拟效率的影响,发现进程增加到一定数量后,模拟用时不会有明显的减少。之后通过土基-滤层系统的渗流模拟发现:相同条件下滤层颗粒形状系数越小越不利于土基颗粒的迁移;滤层颗粒的形状系数会影响土体的渗透性,发生流砂破坏时的标准化压降随形状系数的减小而增加;与均质砂的渗流破坏现象不同,土基-滤层系的破坏首先自底部中心区域出现并不断向上发展;土基颗粒在滤层中迁移时可能产生局部堵塞,引起局部流体流速下降,压强上升,局部渗透性降低。通过水平渗流试验与模拟分析了颗粒形状等因素对非达西区的土体渗流特性的影响,模拟结果与试验结果所得规律一致。最后通过竖向渗流破坏模拟分析了粗颗粒形状对临界水力梯度的影响,从细观角度阐述了渗流破坏现象。同时还分析了孔隙率和土体级配等对压降的影响。综上所述,本文运用模拟方法将非球颗粒应用到无粘性颗粒的渗流特性研究中,探究了颗粒形状对渗流特性的影响,展现了流固耦合数值模拟方法在细观角度的优越性,对岩土工程领域的土体渗流问题具有一定的参考意义。