4.1　简介

关于平面应变、三轴压缩以及直剪条件下颗粒材料的宏观性能，很多学者已经进行了大量的研究工作，但是对不同荷载条件下试样的细观结构和细观力学，以及这些细观结构如何控制和影响试样的宏观行为特性的研究相对较少，尤其对土体非本构关系破坏（如局部应变过大）的研究更为缺乏。虽然一些学者对不同荷载应力条件下的强度参数关系进行了研究，但这些研究大都基于试验数据或经验关系，对不同应力条件下强度参数关系基本理论的研究还远不充分，也没有普遍认可的计算方法。因此，建立可以准确反映试样宏观行为特性的数值模型，对细观结构和细观力学进行分析，以及从细观角度对试样的宏观行为特性进行解释具有重要意义。

之前有学者采用离散单元法对颗粒材料在平面应变条件（O'Sullivan and Bray，2004；Powrie et al.，2005；Evans and Zhao，2008）、三轴压缩条件（Thornton，2000；Cui et al.，2007；Evans and Zhao，2008）以及直剪条件（Ni et al.，2000；Cui and O'Sullivan，2006）等特定荷载条件下的特性进行了数值模拟。但是这些研究大都只考虑一种荷载条件，而对不同荷载条件下材料行为特性影响的研究相对较少。离散元对这些影响因素的分析，特别是从细观角度分析的优势还没有充分发挥。另外，由于已有不同荷载条件试样对宏观性能的试验研究成果，可以通过这些研究结果来验证离散元分析结果的正确性。

本节对三种常见荷载条件（平面应变、三轴压缩和直剪）的颗粒材料试样进行数值模拟分析。采用已经经过试验验证的本构关系，对不同荷载条件下试样的小应变弹性响应、屈服特性、峰值强度以及临界状态等行为特性进行分析研究。结果表明，离散元数值模拟可以很好地再现室内试验试样的宏观特性，因此可以通过离散元数值模拟研究不同的孔隙比、不同围压以及不同加载路径下的试样的宏细观行为特性。