基于三维元胞自动机模型,并充分考虑堆积体的空间结构分布特征,提出一种新的模拟堆积体三维细观结构的随机模拟模型,将其应用于堆积体的颗粒流模拟,针对整个过程自行开发CARS自动建模程序,可实现数值模型快速、准确的建立,为堆积体力学行为的模拟提供了新的建模方法。针对球体单元空间排列问题,借鉴晶体原子堆积模型,提出堆积体颗粒流模拟的四种球体排列模型。最后,运用三维直接剪切试验对其力学特性进行研究。研究表明,堆积体表现出典型的全应力应变曲线特征,由于土体与石块的相互挤压、咬合,导致其剪应力剪切位移曲线会出现两次以上的爬升。不同球体排列模型对堆积体颗粒流模拟影响明显,在相同正应力条件下,其抗剪强度和变形模量随着块石含量的增加而增大。通过数值试验获取堆积体力学参数的方法不仅节省经费,也为工程人员选取堆积体力学参数提供了一条新的途径和依据。堆积体的黏聚力随着含石量的增加呈现下降的趋势,内摩擦角随着含石量的增加基本呈现直线上升的趋势。数值模拟反映出的规律与原位试验结果相一致。