中文摘要：

将颗粒介质静力学研究中关于颗粒堆中应力链网络结构的最新观点、实验手段和模拟方法，用于研究两个典型的颗粒材料工程- - 碎石桩和堆石路基。其一，研究碎石桩中应力链网络结构的分布规律和桩土相互作用，包括研究单个碎石桩中应力链网络结构的产生机制和分布特征，以及与之相应的桩周土的变形场和应力场，探讨单桩破坏模式并建议评价单桩承载力的力学模型；研究相互毗邻但被桩间土隔开的多个碎石桩中应力链网络结构的分布特征及其相互影响，给出群桩效应的微观解释，探索群桩地基的力学破坏模式。其二，研究堆石路基中应力链网络结构的生成及其分布，包括冻土地基的不均匀融沉在堆石路基中诱发产生塌落拱的力学机制，塌落拱可能的扩展过程与合并过程，以及堆石路基的渐变失稳和突变失稳两种可能的破坏模式。该项目以独立自主地进行自行设计的系列实验为主要研究手段，辅以计算机离散元模拟研究。

结论摘要：

自行设计并委托加工了用于研究碎石桩传力特性的二维实验设备和三维实验设备，设备采用杠杆砝码加载系统并应用测力环直接测量桩底压强。建立了模拟碎石桩中应力链分布结构的二维离散元模型和三维离散元模型。通过实验研究和离散元模拟，发现了碎石桩的顶端拱效应和临界桩长现象(临界长径比)，区分了短桩和长桩的不同传力方式，并发现了不同的传力方式决定着短桩和长桩的不同破坏模式，即短桩的底部刺入破坏和长桩的顶端鼓胀剪切破坏。根据谷仓效应的经典Janssen理论，推导了二维碎石桩的传力公式和三维碎石桩的传力公式，两个公式能够成功解释长桩的底部压强与顶部压强之比随顶部压强增大而减小的实验现象。自行设计并委托加工了研究堆石路基(堆石体)中塌落拱效应的实验设备，并开展了相关实验，实验结果揭示了堆石体底部的中央压力凹陷现象(塌落拱效应)。用离散元程序模拟研究了堆石路基(堆石体)中的应力链分布，发现地基的塌陷位移能够诱发堆石体中应力链的破坏和重构，使得主应力链向塌陷区两侧之外转移，从而产生塌落拱效应，这是对实验结果的合理解释。还扩展进行了巴西果效应的离散元模拟研究与颗粒介质中圆柱体抗拔摩擦力的离散元模拟研究。