目前，从本质上探求颗粒材料复杂宏观特性的微细观机理，广泛采取的手段仍为数值模拟，通过试验获取试样微观组构的研究很少。然而，数值模拟需以试验结果作为模型建立的依据和验证，但对真实颗粒形状和试样微观结构的精细化模拟还十分困难。而颗粒材料微观组构对其宏观响应至关重要，利用CT扫描等技术研究颗粒材料微观结构设备要求高、难度大、费时费力。如能建立微观组构和波速各向异性的机理联系，从而利用宏观波速定量和快速表征微观组构，具有重要的理论意义和实用价值。因此，从试验手段探究粒状土宏观波速各向异性的微细观机理十分必要。
当前研究中，用配置了两对弯曲元波速传感器的圆柱扭剪仪，从宏观上研究了不同应力条件下聚氯乙烯(PVC)颗粒试样中不同方向的压缩波（P波）及剪切波（S波）的波速变化情况，探讨了波速各向异性程度随应力状态的演化规律。在微观上，结合CT扫描图像重构试样的三维结构，并提取接触配位数、颗粒长轴方向、接触法向分布等微观组构参数，进而探讨颗粒材料宏观波速各向异性特征的微细观机理。具体实验设备如图1所示。
本研究首先分析了颗粒试样宏观波速随应力的变化情况。结果表明：在等向应力固结下，分层压实法生成的PVC颗粒试样中不同方向的波速均与围压呈幂函数关系，试样存在明显的初始各向异性，表现为水平向波速大于倾斜向，竖向波速最小。在不等向应力固结下，PVC颗粒试样中竖向及倾斜向波速随应力比的增加先增加，水平向波速保持不变，当应力比增加至1.6后，竖向波速的增速变缓，而倾斜向和水平向波速随应力比的增加开始衰减。经过应力修正后的竖向与水平向波速比值在应力比增加初期变化不大，这一阶段应力对初始组构的各向异性程度影响较小。当应力比超过1.6后，竖向与水平向波速的比值逐渐增大，并趋近于1.0，其中P波尤为明显，试样的应力诱发组构各向异性显著增强。为对宏观现象的微观机理进行解释分析，本文通过对CT重构的样本进行微观组构参数提取，见图2。结果发现：应力比较大时，配位数有所减少，导致宏观波速衰减。同时较大应力比下，竖向与水平向分布的接触法向概率密度比值减小，颗粒长轴的概率密度比值增大，两者逐渐趋近于1.0。这与宏观应力修正后竖向与水平向波速比值随应力比的变化趋势相一致，具体数量关系有待后续进一步研究。
