颗粒物质及其多尺度结构统计规律

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，在自然界中广泛存在，比如泥石流、岩土和堰塞体等。与之相关的土力学和泥石流动力学等唯象理论发展较为完善，它们侧重于工程应用，对深层次的物理机制并没有深入研究。颗粒物质由于其离散性和强耗散性，相关凝聚态物理学和力学理论不能很好地应用，近20年来其基础研究是科学的前沿，逐渐形成一门新的学科——颗粒物质力学。该文首先简要回顾了颗粒物质的研究历史，理清了发展的脉络，对比了不同学科之间的内在关系，指出基于凝聚态物理学、固体力学和流体力学等科学成就，建立宏观性质的微观理论是颗粒物质力学的主要研究内容；指出了颗粒体系具有典型的多尺度结构特点，认为合理分割结构层次、正确理解不同层次的物理过程、确定它们之间的关联是颗粒物质机理研究取得突破的可行研究途径。以二维颗粒体系的单剪数值模拟实验为例，简单介绍了颗粒体系微观、细观和宏观等三个尺度的统计规律。