颗粒离散元法常用于岩土试样的宏微观特性研究. 在模拟工程问题时, 需要用较大的单元来代表岩土块体, 并赋以相应的力学性质. 颗粒离散元法的工程应用面临着三大问题:(1) 难以直接得到特定力学性质的堆积模型, 其建模困难;(2) 计算量巨大, 限制了大规模工程应用;(3) 多场和流固耦合理论以及软件还不完善. 在分析这些问题本质和研究进展的基础上, 提出宏微观转换公式和自动训练方法来快速建模; 基于矩阵离散元计算法来实现高性能的数值计算; 引入孔隙密度流法以实现快速的多场和流固耦合模拟. 基于这些解决思路, 从零开始研发了高性能离散元软件 MatDEM, 实现了综合大变形, 多场和流固耦合数值模拟. 最后, 探讨了亟待解决的关键科学和技术问题.