砂性土宏细观特征数值分析研究：材料特性、颗粒特性和接触特性

本书从细观角度，采用分析法和统计法对材料宏观特性、颗粒特性和接触特性进行了分析研究。

1）不同荷载条件下的试样破坏形式不同。中密和密实的平面应变试样沿着一个（高围压下）或两个（低围压下）明确的剪切面（剪切带）破坏，而松散的平面应变试样变形均匀，不管在高围压下还是低围压下都没有出现明显的剪切带。三轴压缩试样为鼓胀破坏，试样密度越低围压越小，变形越均匀。直剪试样沿着仪器确定的剪切面破坏。

2）采用球形分区法计算试样的整体孔隙比，该方法剔除了颗粒与墙边界之间的孔隙，使得计算结果更加合理。用该方法计算试样内的孔隙比分布，绘制了代表性平面的孔隙比分布云图。比较分析了不同荷载条件下试样孔隙比分布。通过孔隙比分布云图研究了试样内剪切带的发展变化。

3）采用球形分区法计算试样的配位数。试样密度越大、围压越高，配位数越大。配位数的变化与试样体积变化规律一致。在临界状态下，相同围压下试样的最终配位数（临界孔隙比）基本一致，与初始孔隙比无关。(www.xing528.com)

4）对试样内颗粒的旋转特性进行了分析。应变局部化区域内颗粒旋转比其他试样区域大，可以根据颗粒旋转确定应变局部化发生的区域。通过颗粒旋转可以明显看出密实和中密的平面应变试样的剪切带以及直剪试样的破坏区。松散平面应变试样和三轴压缩试样颗粒旋转比较均匀，说明它们是分散破坏。采用与研究颗粒旋转相同的方法研究颗粒位移，可以得到相同的结论。

5）采用统计方法研究颗粒方向分布。通过球形分布图表示三维颗粒方向分布，并用椭球对球形分布图进行拟合，用椭球的半轴长度及半轴比表征颗粒方向分布各向异性大小。

6）采用与研究颗粒方向相同的方法对接触特性（接触方向、法向接触力、切向接触力）进行研究。绘制不同荷载条件下不同密实度试样接触特性的三维球形分布图。通过对接触特性的分析，讨论了颗粒材料的宏观应力—应变特性（如试样硬化和软化）与试样细观结构（剪切带内柱状结构的形成与破坏），揭示了直剪试验中主应力方向旋转的现象。