以土工地基为背景,发展了基于平均场理论、在细宏观尺度上分别采用离散颗粒模型和离散元法与Cosserat连续体模型和有限元法的颗粒材料力学多尺度计算均匀化途经。发展了宏观梯度Cosserat连续体计算均匀化途径以计及微结构尺寸效应和宏观场变量的梯度。提出了经典和梯度非均匀Cosserat连续体的广义Hill定理。给出了在计算均匀化过程中保证满足Hill-Mandel能量等价条件和平均场理论所容许的表征元边界条件。导出了计及颗粒材料微结构的材料和几何非线性演变、基于细观力学的宏观本构模型和一致性切线刚度张量,而无需指定宏观唯象本构关系。建立了颗粒材料细、宏观本构模型联系和给出了用细观材料参数表示内尺度等宏观本构参数的均匀化过程。提出了耦合细尺度上基于离散颗粒集合体模型的离散单元法和粗尺度上基于Cosserat连续体模型的有限元法的具有高效、高精度特点和适合于模拟从局部到贯穿破坏发展过程的连接尺度方法。
英文主题词soil foundation; failure analysis; multi-scale method; discrete particle assembly; Cosserat porous continuum