离散元法在许多领域得到广泛应用,岩土工程是其较为成熟的领域之一,尤其是离散元在无黏性土研究中的应用,而在黏性土研究中的应用仍相对有限。本文首先对黏土颗粒三维板状模型间相互作用力进行了更深入的研究,编译了三维黏土颗粒间双电层斥力的求解代码,同时基于范德华力板-板系统对板-墙系统进行了分析,认为板-墙系统计算结果高估了黏土颗粒间实际的范德华力,也对墙体选取的合理性进行了评价。介绍了商业离散元软件EDEM的离散元程序API二次开发背景及现状及本文所用到的程序开发环境、工具和EDEM接触模型API的主体结构、编译、加载及调试方法;另外,参考CGMD模型提出了一个黏土颗粒的粗粒化模型,结合离散元方法理论和黏土间相互作用力的理论进行了EDEM接触模型API的二次开发,添加了双电层斥力、范德华力及Born斥力模块。为研究粗粒化模型的粗粒化程度的影响,定义了粗粒化模型的粗粒度,研究表明,如果粗粒度太大,则颗粒之间的力将被低估,而如果粗粒度太小,则颗粒之间的力又可能会被高估;另外,为了评价粗粒化模型的合理性,对比了板状模型和粗粒化模型之间的各相互作用力,最终选择了最为合理的粗粒化模型作为三维离散元模拟中的黏土颗粒模型。使用二次开发的EDEM程序模拟黏土的一维固结实验,在接触模型API中的黏土颗粒之间添加双电层斥力、范德华力及Born斥力模块,并将其与已有学者相关离散元模拟数据进行对比,进一步了验证开发的离散元程序在模拟黏土力学行为的有效性及可靠性。通过对比由数值模拟离散数据得到的颗粒方位及接触力方位三维玫瑰极图和由张量计算得到的拟合概率密度分布图,发现随着试样的加载,孔隙比的减小,颗粒方位向水平方向逐渐聚集,接触方式也逐渐以水平接触为主。综上,本文基于成熟商业离散元软件EDEM进行考虑黏土特性的离散元程序二次开发,保留了成熟商业离散元软件强大的前处理、求解器及后处理,又考虑了一般离散元软件所没考虑的三维黏土颗粒的实际板状状形状以及颗粒间复杂的物理-化学作用力。该论文有图60幅,表5个,参考文献86篇。