在自然界和工程领域,固体颗粒材料与流体介质之间的耦合作用问题广泛存在。在工业装备领域,对工业设备内部的颗粒材料流-固耦合进行分析,可利于工业设备的结构设计和优化;在自然界领域,对地质灾害等问题的颗粒材料流-固耦合进行分析,可避免安全事故的发生,减少灾害损失。本文采用基于Minkowski Sum方法构造的扩展多面体DEM模拟颗粒材料的力学行为,采用弱可压缩格式的SPH方法模拟流体的动力过程。相比于球体单元,基于Minkowski Sum方法的扩展多面体单元能更加真实形象地描述出泥沙、碎石和碎冰等散体介质的几何形状。SPH法无需引入其他方法处理液体自由表面,且适用于并行计算。在SPH固壁边界处理一般方法中,通常都会采用与粒子有关的粒子边界,这种处理方式并不利于复杂边界的处理,而且增加了计算消耗。本文基于传统的边界排斥力模型,并在此基础上加以改进,提出了新型无粒子边界处理方法,能够提高计算效率,而且适用于复杂边界的处理。基于上述两种数值方法,采用简化边界排斥力模型的界面耦合方式实现了基于扩展多面体的DEM-SPH耦合数值模拟,并且在SPH方法中引入了速度修正项和张力修正项以消除非物理震荡。采用GPU-CUDA并行计算架构提高了计算效率,增加了计算规模,并且分别使用GPU并行程序与CPU串行程序模拟溃坝问题,将二者做了效率上的对比分析。为验证本文所提出的边界处理和耦合方式的有效性,实现了溃坝、方柱绕流和偏心块入水三个工况的数值模拟;与已有的实验和数值结果对比表明,本文结果吻合良好,可以说明本文提出的简化边界力模型准确有效。在验证了本文耦合方法合理有效的基础上,将基于扩展多面体的DEM-SPH耦合方法分别在溃坝冲击块体、海底管道落石和消波块护坡工程实际问题中进行了数值模拟,得到了较好的数值结果。在溃坝冲击多面体模拟分析中与已有的实验和数值结果进行了对比,得到的结果较为理想。