摘要：堆石料的力學(xué)特性直接影響堆石壩工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行，對(duì)壩體變形及安全有重要影響?；诖笫瘝{混凝土面板堆石壩工程，采用離散單元法（DEM）建立了接近于3BA區(qū)堆石料真實(shí)顆粒形狀的橢球顆粒試樣，開(kāi)展了一系列常規(guī)三軸數(shù)值試驗(yàn)，研究了3BA區(qū)堆石料的宏、細(xì)觀力學(xué)特性。通過(guò)不同圍壓下的宏觀應(yīng)力應(yīng)變演化曲線(xiàn)，獲得堆石料的宏觀應(yīng)力、變形指標(biāo)。采用平均接觸力將接觸網(wǎng)絡(luò)劃分為強(qiáng)、弱2個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，分析強(qiáng)、弱接觸網(wǎng)絡(luò)的配位數(shù)分布與拓?fù)溲莼?guī)律。結(jié)果表明：割線(xiàn)模量、泊松比、峰值內(nèi)摩擦角與圍壓呈線(xiàn)性變化，剪脹角與圍壓呈非線(xiàn)性變化；顆粒體系內(nèi)接觸的拓?fù)溲莼饕l(fā)生在弱接觸網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而影響堆石料的宏觀體積變化，強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接觸保持不變，為堆石料提供穩(wěn)定的傳力通道。研究結(jié)果可用于指導(dǎo)實(shí)際工程中不同圍壓下宏觀力學(xué)指標(biāo)的選取。

關(guān) 鍵 詞：離散元； 橢球顆粒試樣； 宏觀力學(xué)指標(biāo)； 強(qiáng)弱接觸網(wǎng)絡(luò)； 拓?fù)洌?宏細(xì)觀特性

中圖法分類(lèi)號(hào)： TU431 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.02.026

0 引 言

堆石料由離散的摩擦性顆粒材料組成，如碎石、砂礫石、塊石等，由于其對(duì)地形和地質(zhì)條件適應(yīng)性好、可就地取材，在大型水電、港口、交通等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。以堆石壩為例，堆石料的力學(xué)特性直接影響堆石壩工程的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行，其力學(xué)性能的演化對(duì)壩體變形及安全有重要影響［1］。堆石料本質(zhì)上是離散顆粒材料，連續(xù)變形方法（如有限元法）只能從宏觀上分析堆石體的應(yīng)力變形特征；對(duì)堆石料進(jìn)行宏觀唯象建模不足以反映其所有力學(xué)特性。從細(xì)觀角度出發(fā)，研究堆石料宏細(xì)觀力學(xué)特性及影響關(guān)系，從而深入理解其基本的物理力學(xué)特性，是目前認(rèn)識(shí)、應(yīng)用堆石料的重要立腳點(diǎn)。

從細(xì)觀層次揭示堆石料力學(xué)特性的方法，目前運(yùn)用最廣泛的是離散單元法（discrete element method，DEM）［2-4］。該方法通過(guò)細(xì)觀數(shù)值模擬方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堆石料體系內(nèi)顆粒的位置、速度、角速度、接觸力等幾何和力學(xué)特性的細(xì)觀演化［5-8］，研究其細(xì)觀組構(gòu)等力學(xué)參數(shù)對(duì)宏觀力學(xué)響應(yīng)的影響，還可以高效開(kāi)展大量敏感性分析。邵磊等［9］采用離散單元法模擬不同圍壓下堆石料的大三軸排水剪切試驗(yàn)，得到的應(yīng)力、應(yīng)變曲線(xiàn)與室內(nèi)試驗(yàn)一致，證明離散單元法可以較好地模擬堆石料的大三軸試驗(yàn)過(guò)程。

堆石料一般來(lái)源于巖體的爆破和破碎，顆粒形狀是不規(guī)則的，呈現(xiàn)角狀或次角狀［10］。在常規(guī)的DEM模擬中，為了優(yōu)化接觸檢測(cè)的計(jì)算效率，將堆石料理想化為圓形剛性圓盤(pán)或球體的集合體，但這種理想化的處理方法無(wú)法再現(xiàn)真實(shí)顆粒的一些幾何行為，如顆粒間的互鎖和滾動(dòng)阻力。有些學(xué)者提出可以用抗轉(zhuǎn)動(dòng)模型表征復(fù)雜的顆粒形狀，同時(shí)提高計(jì)算效率，但抗轉(zhuǎn)動(dòng)模型模擬可以在多大程度上考慮顆粒形狀的影響尚不清楚。在研究顆粒材料微觀組構(gòu)和宏觀力學(xué)行為的聯(lián)系時(shí)，Zhao等［11］發(fā)現(xiàn)抗轉(zhuǎn)動(dòng)阻力會(huì)產(chǎn)生不切實(shí)際的各向異性，建議謹(jǐn)慎使用抗轉(zhuǎn)動(dòng)模型。鄒宇雄等［12］指出轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦和復(fù)雜形狀顆粒分別通過(guò)限制顆粒轉(zhuǎn)動(dòng)、增大咬合作用而增加顆粒間的承載能力，兩者的作用機(jī)制有本質(zhì)差別。還有一些學(xué)者采用顆粒簇［13］、多面體［14］、橢球［15-16］等表示不規(guī)則的顆粒形狀進(jìn)行數(shù)值模擬研究，其中橢球顆粒是描述各向異性堆石料的最簡(jiǎn)單形狀，而且還可以排除棱角、表面粗糙度等因素的干擾。因此，本文采用橢球顆粒進(jìn)行堆石料的宏、細(xì)觀力學(xué)性能研究。

本文基于大石峽混凝土面板堆石壩工程，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析3BA區(qū)堆石料的物理、力學(xué)特性，建立接近堆石料真實(shí)形狀且無(wú)滾動(dòng)摩擦的橢球顆粒數(shù)值模型，并進(jìn)行細(xì)觀參數(shù)率定；在橢球顆粒試樣的宏觀應(yīng)力變形與室內(nèi)三軸實(shí)驗(yàn)一致的前提下，進(jìn)行堆石料的數(shù)值剪切試驗(yàn)研究，分析圍壓與堆石料宏觀應(yīng)力、變形指標(biāo)的關(guān)系，探討3BA區(qū)堆石料的細(xì)觀力學(xué)特性。

1 DEM數(shù)值試驗(yàn)

1.1 大石峽堆石料顆粒形狀分析

大石峽水電站的擋水建筑物為混凝土面板砂礫石壩，最大壩高247 m。將現(xiàn)場(chǎng)取樣的3BA區(qū)堆石料放入篩分儀進(jìn)行篩分處理，顆粒的粒徑分為10～20 mm，20～30 mm，30～40 mm，40～50 mm，50～60 mm 5組，每組顆粒取40個(gè)。采用先臨三維Einscan-S掃描儀對(duì)每組顆粒進(jìn)行掃描（見(jiàn)圖1）?？紤]到計(jì)算量和試驗(yàn)精度的要求，采用MESHLAB軟件，在保留顆粒典型特征信息的基礎(chǔ)上對(duì)顆粒的三維信息進(jìn)行簡(jiǎn)化。通過(guò)提取、分析5組顆粒試樣（共400個(gè)顆粒）的短、中、長(zhǎng)軸長(zhǎng)度（S、M、L）等形態(tài)特征（見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)采用顆粒形狀為S∶M∶L=1.0∶1.5∶2.0的橢球顆粒能夠很大程度上代替3BA區(qū)砂礫料的真實(shí)顆粒形狀。

1.2 制樣與加載

采用LIGGGHTS生成橢球顆粒的數(shù)值試樣［17］，試樣中橢球顆粒形狀為S∶M∶L=1.0∶1.5∶2.0，如圖2所示。制樣時(shí)，在尺寸為300 mm×300 mm×300 mm的立方體試樣內(nèi)，按照3BA區(qū)堆石料的顆粒級(jí)配形成相應(yīng)粒徑大小的顆粒個(gè)數(shù)，總數(shù)70 000個(gè)，最大粒徑60 mm，試樣級(jí)配曲線(xiàn)如圖3所示。其中，橢球顆粒大小采用與圓球顆粒相等體積球體的等效半徑表示。固結(jié)時(shí)采用各向同性壓縮的方法，6面剛性墻體緩慢向中心移動(dòng)直至達(dá)到目標(biāo)圍壓。固結(jié)時(shí)，粒間摩擦系數(shù)設(shè)為0.03，形成較為密實(shí)的顆粒試樣，初始孔隙比為0.20，圍壓為0.3 MPa，如圖4所示。

采用Modified Hertz-Mindlin接觸模型［18］計(jì)算顆粒間的相互作用力。在常規(guī)三軸壓縮過(guò)程中，頂部和底部的剛性邊界以恒定速度分別向下和向上移動(dòng)，其余4個(gè)側(cè)向邊界單獨(dú)移動(dòng)。通過(guò)控制慣性數(shù)I小于0.001，確定大主應(yīng)變方向的加載速率，保證試樣為準(zhǔn)靜態(tài)加載［19］；同時(shí)保持小主應(yīng)力σ3不變，恒定在目標(biāo)圍壓；控制試樣的中主應(yīng)力σ2=σ3。

1.3 細(xì)觀參數(shù)的率定

試樣細(xì)觀參數(shù)的選取對(duì)DEM數(shù)值試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠度至關(guān)重要。數(shù)值模擬時(shí)，試樣的細(xì)觀參數(shù)參照南京水利科學(xué)研究院進(jìn)行的3BA區(qū)堆石料室內(nèi)三軸剪切試驗(yàn)的數(shù)據(jù)確定，密度為2 380 kg/m3，泊松比為0.15，滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.4。恢復(fù)系數(shù)與顆粒間接觸的法向和切向阻尼系數(shù)相關(guān)，取值為0.95［20-21］，比較符合堆石料碰撞與回彈的相關(guān)特性［22］，具體細(xì)觀參數(shù)如表2所列。實(shí)驗(yàn)?zāi)M得到的模型偏應(yīng)力-軸應(yīng)變曲線(xiàn)與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高，且能準(zhǔn)確模擬出室內(nèi)試驗(yàn)剪縮和剪脹狀態(tài)轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)的軸應(yīng)變，如圖5所示。

2 宏觀力學(xué)響應(yīng)及力學(xué)指標(biāo)

2.1 加載過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變

開(kāi)展不同圍壓下的三軸壓縮試驗(yàn)，圍壓分別為0.3，0.6，0.9，1.2 MPa。圖6為不同圍壓下，試樣的偏應(yīng)力、體應(yīng)變隨軸應(yīng)變的演化過(guò)程。隨著圍壓的增大，加載伊始，試樣偏應(yīng)力的增大速率增加，達(dá)到的偏應(yīng)力峰值增大，且偏應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變?cè)龃蟆：暧^應(yīng)變表現(xiàn)為：圍壓越高，試樣剪脹程度越小，且試樣剪縮轉(zhuǎn)變?yōu)榧裘浰鶎?duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變?cè)酱?。在高圍壓下，試樣主要表現(xiàn)為剪縮，是因?yàn)檩^大的圍壓限制了顆粒爬升、翻越相鄰顆粒的能力，導(dǎo)致試樣體積由剪縮變?yōu)榧裘洜顟B(tài)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變較大。

2.2 不同圍壓下的強(qiáng)度、變形指標(biāo)

堆石料常用的宏觀力學(xué)指標(biāo)有割線(xiàn)模量E50、泊松比ν、峰值內(nèi)摩擦角φ和剪脹角ψ等，這些強(qiáng)度和變形指標(biāo)可以由常規(guī)三軸加載試驗(yàn)的宏觀力學(xué)響應(yīng)曲線(xiàn)計(jì)算得到［23］，具體定義如圖7所示。

依據(jù)不同圍壓下試樣在常規(guī)三軸加載試驗(yàn)的宏觀應(yīng)力變形曲線(xiàn)，得到3BA區(qū)堆石料相應(yīng)的強(qiáng)度和變形指標(biāo)，如表3所列；依據(jù)其變化規(guī)律擬合曲線(xiàn)，如圖8所示。割線(xiàn)模量、泊松比、峰值內(nèi)摩擦角與圍壓呈線(xiàn)性變化，剪脹角與圍壓呈非線(xiàn)性變化。隨著圍壓的增加，割線(xiàn)模量增大，兩者之間的線(xiàn)性關(guān)系可以表示為E50=kσ3Pa+ΔE（1）式中：k、ΔE均為模型參數(shù)，k=16.32，ΔE=192.69 MPa；σ3為圍壓；Pa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

峰值內(nèi)摩擦角φ、泊松比ν與圍壓也可以用類(lèi)似帶截距的線(xiàn)性方程表達(dá)，分別為φ=kφσ3Pa+Δφ（2）式中：kφ =-0.16；Δφ=50.65°。ν=kνσ3Pa+Δν（3）式中：kν =-0.023；Δν=0.47。

剪脹角ψ隨著圍壓σ3的增加而減小，兩者之間呈非線(xiàn)性關(guān)系，可表示為ψ=Δψσ3Pan（4）式中：Δψ、n為模型參數(shù)，表征非線(xiàn)性程度，本次研究Δψ=37.15°，n=0.42。在高圍壓條件下，顆粒間的運(yùn)動(dòng)受限會(huì)影響堆石料宏觀強(qiáng)度及變形特性，泊松比、峰值內(nèi)摩擦角和剪脹角隨之減小。對(duì)圍壓與強(qiáng)度、變形指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行分析，有助于選取不同圍壓下的宏觀力學(xué)指標(biāo)，更好地指導(dǎo)實(shí)際工程。

3 細(xì)觀組構(gòu)張量與拓?fù)溲莼?/p>

3.1 組構(gòu)張量與強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)

堆石料的宏觀力學(xué)特性與加載過(guò)程中細(xì)觀組構(gòu)的演化規(guī)律密切相關(guān)［24］。本文采用Oda ［25］提出的組構(gòu)張量表達(dá)式量化接觸法向的方向分布。Φij=1NcNcc=1ninj（5）式中：n是沿著顆粒間接觸面法線(xiàn)方向的單位矢量；Nc為顆粒體系中的接觸總數(shù)；Φii=1。

Thornton和Antony［26］在三維顆粒體系中定義傳遞大于平均法向接觸力的接觸為強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)的組構(gòu)張量定義為Φsij=1NsNss=1nsinsj（6）式中：nis是單位法向量在第s個(gè)強(qiáng)接觸處的第i個(gè)分量；Ns是顆粒體系中的強(qiáng)接觸總數(shù)。

根據(jù)圍壓為0.3 MPa的常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果分析加載過(guò)程中堆石料細(xì)觀組構(gòu)的演化，如圖9所示。強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)具有較高的各向異性，隨著軸應(yīng)變的增加，總接觸網(wǎng)絡(luò)的Φ1逐漸增大，與偏應(yīng)力（σ1-σ3）演化較為一致，并在軸應(yīng)變?yōu)?.5%時(shí)達(dá)到峰值狀態(tài)；而Φ1s的峰值所對(duì)應(yīng)的軸應(yīng)變?cè)缬讦?，說(shuō)明強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)在受外荷載作用時(shí)反應(yīng)迅速。Huang等［27］的研究表明張量的主值可以表征顆粒在主方向的聚集度，即試樣內(nèi)部大主應(yīng)力方向的接觸聚集度高于小主應(yīng)力方向。

3.2 接觸網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溲莼?/p>

堆石料體系內(nèi)部是由顆粒間接觸連接形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為了更深入地研究堆石料體系內(nèi)部的連通性，圖10給出了圍壓為0.3 MPa時(shí)常規(guī)三軸加載試驗(yàn)中試樣在不同加載狀態(tài)下（軸應(yīng)變?yōu)?.5%，1.5%，2.5%，5.0%，7.0%）的配位數(shù)分布情況，圖中Pn表示具有n個(gè)接觸的顆粒個(gè)數(shù)，n表示顆粒與周邊顆粒的接觸數(shù)。Bratberg等［28］和Liu等［29］分別對(duì)二維和三維狀態(tài)下的試樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，認(rèn)為配位數(shù)越少的顆粒各向異性程度高，越不穩(wěn)定，反之配位數(shù)越多的顆粒各向異性程度低，越穩(wěn)定。初始狀態(tài)，試樣內(nèi)P7的顆粒個(gè)數(shù)最多，隨著加載的進(jìn)行，整個(gè)試樣的配位數(shù)分布逐漸左移，說(shuō)明試樣內(nèi)顆粒的接觸不斷丟失。在達(dá)到峰值狀態(tài)以后，配位數(shù)的分布穩(wěn)定在P5的顆粒個(gè)數(shù)最多，并且隨著軸應(yīng)變的增大，P5的個(gè)數(shù)逐漸減小，同時(shí)也反映出試樣細(xì)觀平均接觸數(shù)隨軸應(yīng)變?cè)龃蠖饾u減小的變化規(guī)律，及宏觀體應(yīng)變由剪縮變?yōu)榧裘浀奶卣鳌?/p>

顆粒體系內(nèi)部的接觸連接形成的復(fù)雜空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為接觸網(wǎng)絡(luò)，接觸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化與宏觀應(yīng)力、變形密切相關(guān)。在二維顆粒體系中，許多學(xué)者借助拓?fù)浞治?，如力環(huán)、簇、力鏈結(jié)構(gòu)［29-30］的概念深入了解局部或者整體結(jié)構(gòu)演化以及其對(duì)顆粒材料的影響。一般而言，顆粒體系內(nèi)部的顆粒在外荷載作用下會(huì)發(fā)生重排，在加載過(guò)程中的每一步都存在接觸的新生和消失。這里將顆粒體系內(nèi)的接觸分為3類(lèi)，消失（loss）的接觸、新生（gain）的接觸以及不變（constant）的接觸。在加載過(guò)程中，對(duì)于任意加載步，比如第N步的顆粒體系來(lái)說(shuō)，存在于第N步但不存在于第N-1步的接觸為新生的接觸，存在于第N步但是不存在于第N+1步的接觸為消失的接觸，剩下沒(méi)有改變的接觸為不變的接觸。實(shí)際加載試驗(yàn)中，每0.02 s的時(shí)間間隔，軸應(yīng)變加載幅度約為0.04%。圖11給出試樣在加載過(guò)程中總接觸網(wǎng)絡(luò)新生、消失和不變的接觸所占的比例，分別用Rg，all、Rl，all和Rc，all表示。在試樣中幾乎有98%的接觸保持不變，消失和新增的接觸占比僅為2%。

新生、消失和不變的接觸個(gè)數(shù)在強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)中分別表示為Ng，s、Nl，s和Nc，s，在弱接觸網(wǎng)絡(luò)中分別表示為Ng，w、Nl，w和Nc，w表示。由圖11可知，試樣中新生和消失的接觸占比非常小，強(qiáng)、弱接觸網(wǎng)絡(luò)中大部分為不變的接觸。通過(guò)對(duì)比強(qiáng)、弱接觸網(wǎng)絡(luò)中新生和消失的接觸（見(jiàn)圖12），發(fā)現(xiàn)強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)中幾乎沒(méi)有接觸的新生和消失，絕大部分的拓?fù)渥兓及l(fā)生在弱接觸網(wǎng)絡(luò)。在軸應(yīng)變2.5%～5.0%之間，弱接觸網(wǎng)絡(luò)中新生和消失的接觸處于此消彼長(zhǎng)的恒定狀態(tài)，說(shuō)明達(dá)到峰值狀態(tài)后的這一加載階段試樣處于彈性階段。而在軸應(yīng)變2.5%（亦即應(yīng)力峰值狀態(tài)）之前，消失的接觸數(shù)大于新增的接觸數(shù)，試樣發(fā)生剪縮變化，同時(shí)增大體系內(nèi)的各向異性以抵抗外荷載的施加；在軸應(yīng)變5.0%之后，新增的接觸數(shù)大于消失的接觸數(shù)。因此，在顆粒體系內(nèi)，弱接觸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接觸在加載過(guò)程中不斷發(fā)生新生和消失的更替，影響宏觀體積的變化。強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接觸保持不變，為試樣提供穩(wěn)定的傳力通道，以抵抗外荷載的施加。

4 結(jié) 論

本文基于大石峽混凝土面板堆石壩工程，采用離散單元法建立了接近3BA區(qū)堆石料真實(shí)形狀的橢球試樣并開(kāi)展常規(guī)三軸剪切試驗(yàn)，研究了堆石料的宏、細(xì)觀力學(xué)特性，探討了顆粒體系內(nèi)細(xì)觀拓?fù)涞难莼瘷C(jī)制。主要結(jié)論為：

（1） 在加載過(guò)程中，隨著圍壓的增大，宏觀堆石料的偏應(yīng)力峰值增大，進(jìn)入剪脹狀態(tài)更緩慢，且后期剪脹程度更不明顯。

（2） 宏觀力學(xué)指標(biāo)中，割線(xiàn)模量、泊松比、峰值內(nèi)摩擦角與圍壓呈線(xiàn)性變化，剪脹角與圍壓呈非線(xiàn)性變化。

（3） 加載過(guò)程中，弱接觸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接觸不斷發(fā)生新生和消失的更替，影響顆粒體系宏觀體積變化，強(qiáng)接觸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接觸保持不變，為顆粒體系提供穩(wěn)定的傳力通道，抵抗外荷載的施加。

本文的分析仍然處于一個(gè)初步階段，后續(xù)可以進(jìn)一步探討不同圍壓對(duì)顆粒體系細(xì)觀拓?fù)溲莼挠绊?，并嘗試尋找不同圍壓條件下，峰值應(yīng)力剪應(yīng)變、脹縮轉(zhuǎn)化點(diǎn)剪應(yīng)變、峰值摩擦角、剪脹角等關(guān)鍵工程參數(shù)與堆石料接觸特性的宏細(xì)觀聯(lián)系，進(jìn)一步為本構(gòu)模型的構(gòu)建提供參考。

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（編輯：郭甜甜）

Discrete element analysis on macro-microscopic mechanical properties of rockfill materialYANG Shuhan QI Tianqi LIU Jiaying3，4

（1.Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China； 2.National Dam Safety Engineering Technology Research Center，Wuhan 430010，China； 3.Department of Civil Engineering，Hangzhou City University，Hangzhou 310015，China； 4.Zhejiang Engineering Research Center of Intelligent Urban Infrastructure，Hangzhou 310015，China）

Abstract： Mechanical properties of rockfill directly affect the design，construction and operation of the rockfill dam，and have an important influence on the deformation and safety of the dam.In this study，based on the Dashixia concrete face rockfill dam project，ellipsoidal particle samples close to the real particle shape of the rockfill in 3BA zone were established by discrete element method （DEM）.A series of conventional triaxial numerical tests were carried out to study the macro-microscopic mechanical properties of the rockfill in 3BA zone.The macro stress and deformation indexes of rockfill were obtained by the evolution curves of macro stress and strain under different confining pressures.The average contact force was used to divide the contact network into strong and weak subnetworks，and the coordination number distribution and topological evolution of the strong and weak contact networks were analyzed.The results showed that the secant modulus，Poisson′s ratio，peak internal friction angle change linearly with confining pressures，while the dilatancy angle changes nonlinearly with confining pressures.The topological evolution of the contact behaviors in the particle system mainly occurs in the weak contact network，which affects the macroscopic volume change of the rockfill，while the contacts in the strong contact network remains unchanged，providing a stable force transfer way for the rockfill.The research results can be used to guide the selection of macroscopic mechanical indexes under different confining pressures in practical engineering.

Key words： DEM；ellipsoidal particle sample；macroscopic mechanical index；strong and weak contact network；topology；macro-microscopic properties

收稿日期：2023-07-03；接受日期：2023-10-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（51909194）；第八屆中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程全額資助項(xiàng)目（2022QNRC001）；博士后創(chuàng)新崗位基金項(xiàng)目（BSH2021G03）

作者簡(jiǎn)介：楊舒涵，女，工程師，博士，主要從事高壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)值仿真研究工作。E-mail：yangshuhan@cjwsjy.com.cn

通信作者：漆天奇，男，工程師，博士，主要從事高壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)值仿真研究工作。E-mail：qitianqi@cjwsjy.com.cn