颗粒材料结构具有非均质性、非连续性及随机性等内在的独特的性质,从而给研究带来很大的困难。它的研究是当前岩土工程学、力学和物理学等领域新兴的前沿课题之一,有着重要的工程应用前景和科学研究意义。颗粒材料结构在承载时,其力学性质与颗粒的大小、堆放、堆积高度、表面的粗糙程度以及加载速度都有着密切关系。本文采用室内正交实验,利用自制设备,研究了堆积高度、粒径和加载速度3个因素在不同水平下对颗粒材料结构自组织现象影响。运用“拱”模型分析了的自组织产生的原因。对碎石、砾石和钢球的自组织进行比较分析。运用Matlab程序进行数据处理,对自组织的荷载波动振幅、位移波动振幅、持续时间、间隔时间做了概率统计分析得出了分布规律。本文试图从能量角度入手,分析了颗粒材料结构内自组织强度与能量变化之间的关系,并用马尔科夫过程对颗粒材料结构系统内的自组织进行定性和定量的分析,得出理想转移矩阵,并对自组织进行了预测研究。本文研究内容可作为颗粒材料结构特性的一种必要补充,并希望所得结论与所用方法能够对实际工程起到一定参考作用。