刚性块体压入颗粒体系时的受力及力链演变

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1、万方数据第30卷增刊岩土力学V01．30Supp．2009年8月RockandSoilMechanicsAug．2009文章糖号lWoo一7598一(2009)增l—0088—06刚性块体压入颗粒体系时的受力及力链演变辛海丽，孙其诚，刘建国，金峰(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，北京100084-)摘要：颗粒体系由大量离散颗粒组成，普遍存在于自然乔中，比如砂土地基、泥石流及滑坡体等。外荷载通常沿着准直形的路径在体系内传递，形成区别于单个颗粒和整个体系的细观结构——力链，亦即颗粒物质具有典型的多尺度特征。采用颗粒离散元方法模拟刚性块体压入颗粒体系的过程

2、，计算得到了刚性块体底部所受阻力与压入深度的幂率关系：给出力链的判断准则和搜索强力链程序，构建颗粒体系强力链网络，并分析了压入试验过程中力链的演变及其长度的分布规律。关键词：颗粒物质；压入试验；力链：多尺度中图分类号l0469；Tu43文献标识码lAEvolutionofforcechainsinagranularassemblybasedonindentationtestXINHai—li，SUNQi—cheng，LIUJian—guo，JINFeng(StateKeyLaboratoryofHydroscienceandEngineering，Tsinghua

3、University,Seijing100084，China)Abstract：Agranularassemblyisaconglomerationofdiscretesolidandexistsinnaturewidely,suchassandfoundations，debrisflowsandlandslides，etc．Itisfoundthatexternalloadsgenerallytransmitalongthequasi-linearpathinthegranularassembly,andaspecialmesoscalestructurebet

4、weenasingleparticleandtheentiresystem,calledaforcechain，isformed．Inotherwords，granularmatterhasthetypicalcharacteristicsofmulti—scale．Aseriesofdiscreteelementsimulationsaleconductedonastaticgranularassemblysubjectedtoindentationbyarigidflatpunch．Byproposingthreeconditionsfordefiningaf

5、orcechain，theevolutionofthestrongforcechainnetworkispresented．Thedistributionofs仃ongforcechainlengthduringtheindentationofthepunchisalsoanalyzed．Keywords：granularmatter；indentationtest；forcechains；multi—scale1引言颗粒物质是由大量固体颗粒组成的复杂体系，如自然界和工程中的砂土地基、泥石流及滑坡体等均为典型的颗粒物质，通常应用工程力学方法来研究其力学性质。颗粒物

6、质在存在形态上可划分为颗粒气体、颗粒流体和颗粒固体，它们有本质不同的动量传递机制。其中，后两者属密集颗粒物质体系，呈现对外界微小作用的敏感性、非线性响应、自组织行为等复杂力学特性。近20年来，人们逐渐开展了密集颗粒物质的力学性质精细检测和理论分析，但至今还没有完备的理论可以全面、系统地描述颗粒流体、颗粒固体及两者转变的力学行为，是当前科学研究的前沿，工程力学的概念体系和理论框架不适合颗粒物质机制的研究¨J。在密集体系中，颗粒间接触力一般大于间隙气体或液体力起主导作用，且沿着链状路径(即力链)这一特殊非线性结构传递，形成颗粒_力链一体系的多尺度结构，颗粒固体和颗粒流

7、体的多尺度结构及其演变规律又有很大差异，决定各自的动力学及两者间的相转变。从分析密集体系结构特征入手，可以在颗粒固体应力传播模式、破坏机制、颗粒流体流动本构关系等密集体系的关键问题上取得突破，并能够初步建立起宏观动力学的微观理论，因此，具有重要的科学意义12】。1957年，在伦敦召开的第4届土力学与基础工程国际会议上，Dantut31首次报道了在光弹试验中发收稿H期：2009—05—20基金项目：清华人学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自主项日资助课题(No．2008一ZY-6)。作者简介：辛海丽，女，1984年生，博士研究生，主要从事颗粒物质体系的力学研究。

8、E-mai