顆粒物質的研究綜述

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

引言

顆粒物質是指物質顆粒粒徑在1微米以上的離散體系，又稱為顆粒介質。在顆粒物種中分子間作用力不再顯著并且在該尺度下不適用于布朗運動。當顆粒尺度小于1um時，熱運動即布朗運動會有重要影響。若顆粒尺度更小，微觀相互作用則起主要作用。此時顆粒間接觸力占主導地位，而顆粒物質之間力的傳播主要通過各種小顆粒形成的力鏈來傳播。對于顆粒物質的研究以及重視，是人們在進二十年來逐漸加強研究的一個課題。

一、正文

顆粒物質是指物質顆粒粒徑在1微米以上的離散體系，又稱為顆粒介質。在顆粒物種中分子間作用力不再顯著并且在該尺度下不適用于布朗運動。當顆粒尺度小于1um時，熱運動即布朗運動會有重要影響。若顆粒尺度更小，微觀相互作用則起主要作用。此時顆粒間接觸力占主導地位，而顆粒物質之間力的傳播主要通過各種小顆粒形成的力鏈來傳播。這種力鏈類似于土力學中土體的有效應力原則，而顆粒物質中的強力連以及弱力鏈都是有效應力原則在顆粒物質中的更為細微的一種表達。自然界中，堆石體、泥石流、土體、沙漠、沙塵暴、霧霾、等都是顆粒物質范圍內的具體形態以及顆粒物質所引起的各種物理現象以及不良的自然災害。

(一)國內研究現狀

顆粒物質力學的研究注重機理分析和精細試驗檢測，二十年來已經濕顆粒力學、顆粒離散元、震動和剪切動力機制等方面取得了關鍵的突破以及成就，我國研究人員對于顆粒物質的研究則相對來說比較落后，但是仍然對于顆粒物質中某些重要且關鍵的課題進行了深入的研究。這些方面主要集中于牛頓流體的液固耦合、稀釋流-密集流轉變機制、摩擦阻力的精細檢測、非均勻流結構多尺度力學理論體系等諸多研究。也應用顆粒物質與泥漿體之間的固-液耦合作用，分析了泥石流的傳播以及破壞作用，土體之間的剪切帶的形成原因也得到了很好的解釋。

(二)國外相關研究

筆者通過對于國外的相關文獻的查閱了到國外現階段對于顆粒物質的研究主要分為兩部分的研究，第一類的研究主要是一些純理論的研究這類的研究包括對于顆粒物質的生物以及物理方面耦合的研究等。

(三)工程問題及應用

對于顆粒物質的研究以及重視，是人們在進二十年來逐漸加強研究的一個課題，研究人員的研究層次主要是先對于顆粒物質的物理性質以及各種物理模型如球形顆粒物質的接觸力學以及軟球模型以及硬球模型來研究的，同時研究人員通過對于顆粒物質的一些具體的物理現象如顆粒物質的巴西堅果效應，以及糧倉效應來發現并探討隱藏在顆粒物質中的更為深層次的力學原因。

沙漠土壤化這種治沙的方法的最優點在于添加了各種植纖維素之后土的的保水性大大增強了，很大程度上改變了沙漠中缺水的現實，同時這種方法具有可持續發展戰略，綠色且環保，對于惡化的生態環境有很好的改善作用。

二、結論

加快對于顆粒物質的研究是當前我國發展面臨的一個重要課題。對于顆粒物質的研究，國內外的許多研究人員從各個方面，各個角度，由淺及深，提出了很多有價值的研究以及解答，他們的研究給筆者提供了站在巨人肩膀上高瞻遠矚的視角。幫助筆者更加透徹的分析并理解問題。