颗粒材料剪胀性的微观力学分析

剪胀性是颗粒材料在加载过程中表现出来的重要变形特性。以孔隙胞元描述颗粒材料内部结构的最小单元，通过对单个孔隙胞元进行剪切受力分析，探讨了剪切过程中颗粒材料体积的改变对应力比和单个孔隙胞元形状的依赖关系，解释了排列密实的颗粒材料在剪切过程中先压缩后剪胀的微观机制。用离散元数值模拟得到了在双轴剪切过程中单个孔隙胞元形状以及孔隙胞元体积变形的演化过程。离散元数值结果表明，加载过程中孔隙胞元形状由初始各向同性到沿大主应力方向变大变长、体积变形先压缩后膨胀，并且体积变形在加载过程中存在局部化现象，体积变化大的孔隙胞元在较大变形时，排列成倾斜的窄带。综合孔隙胞元的受力分析和离散元数值结果表明，致密排列颗粒材料的剪胀性与微观尺度上孔隙胞元的几何结构及其内部的力链传递方式密切相关。