›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (S1): 83-87.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

颗粒体系中的骨架及力链网络

孙其诚,辛海丽,刘建国,金 峰   

  1. 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
  • 收稿日期:2009-05-20 出版日期:2009-08-10 发布日期:2011-03-16
  • 作者简介:孙其诚,男,1970年生,博士,副研究员,主要从事颗粒物质力学的研究。
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展规划项目(No. 2007CB714101)、清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室自主项目(No. 2008-ZY-6) 资助课题。

Skeleton and force chain network in static granular material

SUN Qi-cheng, XIN Hai-li, LIU Jian-guo, JIN Feng   

  1. State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China
  • Received:2009-05-20 Online:2009-08-10 Published:2011-03-16

摘要:

颗粒物质是大量离散的固体颗粒相互作用而组成的复杂体系,具有非连续和接触耗散等基本特征,其物理机制研究是近20年科学前沿之一。砂土就是典型的颗粒物质,土体中的有效应力是作用在土体骨架上的平均应力,土体变形主要来源于骨架上的颗粒位置,但对土体骨架并没有一个清晰的物理描述。近期颗粒物质力学研究认为,体系中颗粒相互接触形成的网络结构是外荷载传递路径的物理基础,可能就是土力学所指的骨架。同时还发现,较大的力通常沿着准直线的路径传递,人们常把传递较大力、与该准直线路径对应的若干颗粒组成的链状结构,称为强力链;弱力链则传递较小力。力链结构及其演变规律的描述是颗粒物质研究的核心之一。以单轴侧限压缩数值模拟为例,对比说明了土体颗粒骨架与力链结构的关系,明确提出强力链网络决定颗粒体系的宏观力学行为。

关键词: 颗粒物质, 有效应力, 力链, 土骨架

Abstract:

A granular material is a conglomeration of discrete solid, macroscopic particles characterized by a loss of energy whenever the particles interact. Soil is a typical granular material in nature. The concept of effective stress is one of Karl Terzaghi's most important contributions to soil mechanics. It is a measure of the stress on the soil skeleton (the collection of particles in contact with each other), and determines the ability of soil to resist shear stress. However, the soil skeleton is an imaginary concept, and it is hard to measure the geometric and mechanical properties. A few conflicts on its understandings are still remaining. The newly developed granular material mechanics may be helpful to provide insights to soil skeleton. We propose that skeleton is actually the particle connection diagram, and more importantly we found the interparticle forces were transmitted through quasilinear chain structures affiliated to the skeleton. It is necessary to compare the skeleton and force chains. In this work, a series of discrete element simulations were conducted on a uniaxial compression system consisting of 12,400 poly-dispersed particles. We find that skeleton corresponds to the geometric architecture of particle connection, while force chains sensitively response to external loadings though the skeleton is kept constant.

Key words: granular material, effective stress, force chains, soil skeleton

中图分类号: 

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[1] 涂园, 王奎华, 周建, 胡安峰, . 有效应力法和有效固结压力法在预压地基 强度计算中的应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 645-654.
[2] 方瑾瑾, 冯以鑫, 王立平, 余永强, . 真三轴条件下非饱和黄土的有效应力屈服特性[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 492-500.
[3] 吴爽爽, 胡新丽, 章涵, 周昌, 龚辉, . 嵌岩桩负摩阻力现场试验与计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3610-3617.
[4] 毛小龙, 刘月田, 关文龙, 任兴南, 冯月丽, 丁祖鹏, . 一种适用于孔隙体积应变的有效应力方程[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3004-3010.
[5] 付龙龙, 周顺华, 田志尧, 田哲侃, . 双轴压缩条件下颗粒材料中力链的演化[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2427-2434.
[6] 郑国锋, 郭晓霞, 邵龙潭, . 基于状态曲面的非饱和土强度准则及其验证[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1441-1448.
[7] 陈育民, 陈润泽, 霍正格, . 饱和悬浮塑料砂流动变形可视环剪试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3709-3716.
[8] 段晓梦,曾立峰, . 非饱和土的承载结构与岩土广义结构性[J]. , 2018, 39(9): 3103-3112.
[9] 张天军,尚宏波,李树刚,魏文伟,包若羽,潘红宇,. 三轴应力下不同粒径破碎砂岩渗透特性试验[J]. , 2018, 39(7): 2361-2370.
[10] 韩 冰,梁建文,朱 俊,. 深厚饱和软土场地中透镜体对上部结构地震响应的影响[J]. , 2018, 39(6): 2227-2236.
[11] 陈卫忠,马永尚,于洪丹,龚 哲,李香玲,. 泥岩核废料处置库温度-渗流-应力耦合参数敏感性分析[J]. , 2018, 39(2): 407-416.
[12] 李 林, 李镜培, 赵高文, 崔纪飞, . 基于有效应力法的静压桩时变承载力研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4547-4553.
[13] 钱劲松,李嘉洋,周 定,凌建明. 考虑吸力效应的非饱和黏土回弹模量预估模型[J]. , 2018, 39(1): 123-128.
[14] 周凤玺,曹小林,马 强,. 颗粒间的毛细作用以及吸应力特征曲线分析[J]. , 2017, 38(7): 2036-2042.
[15] 王 宝,董兴玲,. 不同有效应力下矿山渗滤液对土工合成黏土衬垫渗透特性影响的试验研究[J]. , 2017, 38(5): 1350-1358.
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[1] 吴 琼,唐辉明,王亮清,林志红. 库水位升降联合降雨作用下库岸边坡中的浸润线研究[J]. , 2009, 30(10): 3025 -3031 .
[2] 尚守平,岁小溪,周志锦,刘方成,熊 伟. 橡胶颗粒-砂混合物动剪切模量的试验研究[J]. , 2010, 31(2): 377 -381 .
[3] 肖 忠,王元战,及春宁,黄泰坤,单 旭. 波浪作用下加固软基上大圆筒结构稳定性分析[J]. , 2010, 31(8): 2648 -2654 .
[4] 黎剑华,徐 斌,徐满清,刘优平. 层状饱和土体中排桩对简谐荷载隔振效果分析[J]. , 2010, 31(S2): 12 -18 .
[5] 曾文泽,艾智勇. 轴对称多层可压缩渗透各向异性岩基固结分析[J]. , 2010, 31(S2): 212 -217 .
[6] 赵洪波,茹忠亮,张士科. SVM在地下工程可靠性分析中的应用[J]. , 2009, 30(2): 526 -530 .
[7] 杨有贞,葛修润,黄 铭. 基于哈密顿体系辛几何算法求解空间地基问题[J]. , 2009, 30(2): 536 -541 .
[8] 高文华,朱建群,张志敏,黄自永. 基于Hoek-Brown非线性破坏准则的软岩地基极限承载力数值模拟[J]. , 2011, 32(2): 593 -598 .
[9] 冷 艺,栾茂田,许成顺,马太雷. 复杂应力条件下饱和砂土排水剪切强度的试验研究[J]. , 2009, 30(6): 1620 -1626 .
[10] 章定文,刘松玉,顾沉颖. 各向异性初始应力状态下圆柱孔扩张理论弹塑性分析[J]. , 2009, 30(6): 1631 -1634 .