砂性土宏细观特征数值分析研究的成果

本章主要对不同荷载条件下颗粒土的细观结构和细观力学进行研究，从试样尺度和颗粒尺度两个方面对颗粒试样的行为特性进行分析。采用统计分析法，研究颗粒方向的分布和颗粒的接触特性，对三维条件下接触方向、法向接触力、切向接触力等接触特性进行深入的讨论。

对试样尺度的分析，讨论了试样在不同荷载条件下的破坏形式。结果表明，本书的数值模拟得到了与实验室基本一致的试样变形形式。采用球形分区法，研究颗粒集合体的孔隙比和配位数。根据模拟结果，绘制了不同密度试样在不同荷载条件下不同应变时的孔隙比云图，通过孔隙比的变化分析了不同荷载条件下试样细观结构的发展变化。研究了不同密实度的试样在不同荷载条件下的试样整体孔隙比和配位数与宏观行为特性（强度、体积变化）的关系。

对颗粒尺度的研究包括颗粒旋转和颗粒位移的分析。分析了不同密实度试样在不同荷载条件下最终应变状态时的颗粒旋转分布。绘制了不同条件下的试样在不同应变状态时颗粒的旋转云图和位移云图。通过对颗粒旋转和颗粒位移的讨论，对试样内部剪切带、扩散变形、破坏面等细观结构的变化进行了深入的分析。结果表明，颗粒旋转和颗粒位移与材料强度有密切的关系。(www.xing528.com)

采用数据统计分析的方法，对颗粒方向和接触特性进行分析研究。采用三维球形柱状图表示颗粒方向分布，并用椭球对颗粒分布图进行拟合。用椭球半径长度以及椭球半轴长的比值来表示颗粒方向分布的各向异性。接触特性，包括接触方向、法向接触力、切向接触力，采用与分析颗粒方向相同的方法，绘制不同密实度试样在不同的荷载条件下这些参数的球形柱状分布图。通过接触特性的分析，揭示试样宏观应力—应变特性（试样硬化和软化）与细观结构（剪切带中柱状结构的形成与破坏）之间的关系。观察到了直剪试验中的主应力轴旋转现象。结果表明，离散元数值模型能够正确合理地反映颗粒材料的宏观和细观特性。