砂土为何能承担巨大的外部荷载？砂土内部颗粒间是怎样传递力的？清华大学水利水电工程系徐文杰副教授等在Science China Technological Sciences 发表文章，分析自然界中砂土颗粒的形态特性、颗粒间力的传递及外荷载作用下内部结构。他们认为：砂土在外荷载作用下，内部结构‘自组织地’向着承担最大荷载的趋势发展。

a 砂颗粒及形态规律性; b 砂土在加载过程中内部力链及组构演化

砂土是自然界中广泛存在的一类颗粒物质，同时也是常见的建筑物地基和建筑材料。自上世纪太沙基创立现代土力学以来，砂土作为一类特殊的颗粒物质，其物理力学行为成为许多土力学、颗粒力学及物理学家关注的方向。虽然，关于砂土的力学性质，尤其是宏观本构模型已有了一些系统的研究成果，但是学者们还是在不断探索着其内部的奥秘。

自然界中纷繁复杂的砂土颗粒，其在形态上有没有规律性？松散的砂土是如何发挥其“团队力量”来承担外部荷载的？砂土在外荷载作用下的力学行为是如何？宏观的物理力学行为与内部细观结构是否有相关性？……关于砂土的颗粒力学行为，有些还存在未解之谜。

在这篇文章中，作者采用数字图像处理的方法，对砂土颗粒的形态进行了系统的统计分析，揭示了自然界中砂颗粒的基本特征及统计规律性，这为构建砂颗粒几何模型的随机模拟奠定了理论基础。建立了砂颗粒的几何模型数据库，并提出了一种高效的多球绑定方法模拟复杂的砂颗粒几何模型，以用于离散元（DEM）计算分析。通过砂土的DEM数值试验，揭示了砂土在外荷载作用下细观的力链、孔隙及组构演化规律，以及细观物理力学状态演化与宏观行为的关系。

文章的研究成果，对于发展砂土颗粒力学，揭示其变形破坏机理开展了有意义的探索。砂土是一个复杂的颗粒体系，其颗粒的“团队”之美还有很多未知领域需要探索。

文章信息：[点击下方链接可获取全文] 

Xu W J, Feng Z K, Yang H, et al. Study on meso-mechanical behavior of sand based on its 2D geometrical model. Sci China Tech Sci, 2020, 63: 777–790, https://doi.org/10.1007/s11431-019-9598-2