1. 引言 (Introduction)
- 背景：讨论了颗粒形状和大小分布对三维颗粒材料临界剪切强度的影响。在地质和矿业工程中，粗颗粒材料（如破碎岩石）的力学特性难以表征，特别是在实验室测试中难以模拟实际材料的力学行为。
- 研究目的：探索颗粒形态和粒度分布的关联性如何影响颗粒材料的力学行为，特别是在临界剪切强度方面。
2. 数值模型 (Numerical model)
- 颗粒大小和形状的多样性：研究了从单一粒度到高度变化的颗粒大小分布，以及从规则八面体到完美球体的颗粒形状。
- 颗粒模拟：使用非光滑接触动力学（NSCD）方法进行离散元模拟，考虑了颗粒作为刚体通过互斥和干摩擦相互作用。
- 样本生成：通过几何协议构建颗粒集合，并对样本进行等轴压缩，以准备进行三轴剪切试验。
3. 宏观力学行为 (Macroscopic mechanical behavior)
- 力学行为：通过测量剪切过程中的应力、应变和变形量来研究力学行为。分析了体积应变和归一化剪切应力随轴向应变的变化。
- 临界状态参数：探讨了不同粒度分布下，颗粒材料在临界状态下的平均空隙比和归一化剪切强度。
4. 微观结构特征 (Characterization at the microscale)
- 连通性：分析了颗粒之间的接触程度，包括承载载荷的颗粒数量和每个承载颗粒的平均接触数。
- 力网络：研究了颗粒间接触力的分布和力网络的异质性。
- 结构和接触力各向异性：使用微观结构描述符来分析接触和力的分布，以及它们与宏观剪切强度的关系。
5. 结论 (Conclusions)
- 研究结果：研究表明，颗粒的大小-形状相关性显著影响颗粒材料的力学响应。在案例A中，剪切强度随着粒度分布的增加而保持不变，而在案例B中，剪切强度随着粒度分布的增加而降低。
- 微观机制：这些宏观观察结果与复杂的微观结构机制有关，包括接触组织和力传递机制。
- 颗粒应力张量的分解：通过将颗粒应力张量分解为微观结构各向异性，揭示了接触方向和法向力大小的各向异性是影响宏观剪切强度变化的主要因素。
- 研究意义：这项研究强调了在粗颗粒材料中分析颗粒大小和形状分布的重要性，并为未来的研究提供了新的方向，包括考虑颗粒磨损、破碎以及不同应力路径和边界条件的影响。
参考文献
Carrasco S, Cantor D, Ovalle C, Duboisc F. Particle shape distribution effects on the critical strength of granular materials. Computers and Geotechnics. 2025;177:106896.
