真实颗粒与圆形颗粒力学性能的离散元法比较研究

摘要：

真实颗粒的形状复杂性对土体力学性能具有重要影响。本研究采用离散元法，对真实颗粒和理想圆形颗粒的力学性能进行了细观对比分析。通过建立颗粒间相互作用力模型，模拟了两种颗粒体系在不同荷载条件下的力学响应。研究结果表明，与圆形颗粒相比，真实颗粒由于形状不规则、棱角分明，导致其压缩模量更高、剪切强度更大、颗粒间应力传递路径更为复杂。

研究方法：

本研究首先利用三维扫描技术获取真实颗粒的三维形态数据，并建立相应的离散元模型。同时，构建了与真实颗粒等体积的圆形颗粒模型。通过设定相同的边界条件和加载方式，对两种颗粒体系进行了数值模拟。

结果与分析：

模拟结果表明：

真实颗粒的压缩模量明显高于圆形颗粒，这归因于真实颗粒的不规则形状使其能够更好地抵抗压缩变形。2. 真实颗粒的剪切强度高于圆形颗粒，这是因为真实颗粒的棱角结构提供了更大的抗剪切力。3. 真实颗粒体系内部的应力传递路径更为复杂，呈现出明显的非均匀性。

结论：

本研究利用离散元法，揭示了颗粒形状对土体力学性能的影响。真实颗粒的形状效应不可忽略，相比于理想化的圆形颗粒，真实颗粒表现出更高的压缩模量和剪切强度。研究结果可为土体本构关系的建立和工程实践提供参考。

关键词： 离散元法, 真实颗粒, 圆形颗粒, 力学性能, 压缩模量, 剪切强度, 应力传递, 数值模拟