颗粒土的宏观行为特性是由其细观结构和细观力学决定的。但是，很多细观参数和信息在试验中很难或无法测得。比如，颗粒方向分布是材料细观结构的一个重要参数，虽然一些学者采用试验法，如X射线和光学测量法（Oda and Kazama，1998）、X射线断层影像法（Wang et al.，2004）等来研究颗粒的方向分布，但是这些试验方法操作起来都非常繁琐复杂。此外，接触点处的法向量分布、法向力、切向力等颗粒土材料非常重要的细观力学参数很难通过试验获得。离散单元法一个很大的优势就是它可以非常方便地获得这些在实验室很难或无法测得的参数。
之前已有学者提出了一些颗粒材料的细观力学的概念与方法。比如，有的学者（Satake，1978；Oda et al.，1980；Mehrabadi et al.，1982）在分析颗粒材料细观力学时采用了结构张量的概念，颗粒材料被看作是在接触点处相互作用的颗粒的集合，通过结构张量的概念来描述颗粒材料宏观参数和离散特性的关系，并通过该关系得到材料的应力—应变特性（Rothenburg，1980；Rothenburg and Bathurst，1989；Bathurst and Rothenburg，1990；Ouadfel and Rothenburg，2001），提出了一些重要的细观力学参数，如接触方向的各向异性、接触矢量、接触力的各向异性等，研究了材料外部荷载和内部细观结构参数的关系，并提出了应力—力—结构的概念。一些学者利用离散单法元对二维模型（Rothenburg and Bathurst，1989；Bathurst and Rothenburg，1990）和三维模型（Ouadfel and Rothenburg，2001；Sitharam et al.，2002）进行了模拟分析。(www.xing528.com)
本节采用球形统计法研究颗粒材料的细观结构，通过球形柱状分布图表示三维模型中的颗粒方向、接触面法向量、接触法向力、接触切向力的分布，研究不同密实度的试样在不同的荷载条件下颗粒细观结构参数与材料宏观应力—应变关系之间的联系。
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