颗粒物质的宏观力学行为与其细观结构和颗粒间微观的相互作用有很大的联系,因此研究颗粒系统受到外界荷载作用下的力学响应特征,需要同时结合实验和数值模拟详细探讨。本文以颗粒堆积体中底部力分布曲线为切入点,采用铝塑板结合复写纸技术的实验方法,通过改变不同的软弱区域参数来讨论软弱区域的存在对颗粒堆积体中力的传递机制的影响。同时在实验方案的基础上进行了相应的离散元模拟,进而从多个角度对不同复合颗粒系统的力学响应特征转变规律做出解释。本文主要围绕软弱区域的尺寸、形状、刚度以及位置几大影响因素展开研究工作。在软弱区域尺寸影响性的探讨中,实验和模拟都表明:随着软弱区域尺寸n的增加,含三角软弱区域的颗粒系统底部力始终是双峰分布,底部峰值和平均力随之减小。数值模拟中底部平均力随软弱区域的增加呈抛物线递减,峰值呈指数衰降。内部力链分布显示,随着尺寸的扩大,软弱区域导致的横向扩散在堆积体上层增强,力链在两条与水平呈60度倾角的主力链所围成的区域内重组,逐渐形成与主力链平行相邻的次主力链,导致底部力峰值偏移。堆积体内部的接触力在深度20mm以下,在同一深度层都呈双峰分布,其峰值轮廓连线随着区域尺寸n的扩大由抛物线型逐渐转为三角形,直到n=6时,变为钟型分布。每一层的平均力随深度H的增大呈阶梯状上升,边缘平均力呈折线型上升,且n越大,平均力越小,边缘平均力越大。也就是说,软弱区域尺寸越大,对力的横向扩散作用越强,左右两侧墙壁负载越大。在软弱区域形状影响性的探讨中,选取了六边模型与三角模型进行对比。软弱区域占比较小时,六边模型和三角模型的底部力分布相差不大;占比较大时,六边模型由双峰变为“飞鸟”状分布,三角模型保持双峰分布不变。与三角模型不同,六角模型在软弱区域尺寸较大时,堆积体下部不存在明显的主力链和次主力链。此外,三角模型的底部平均力及峰值在同一深度始终大于在相似软弱占比下的六边模型。软弱区域面积占比相同的情况下,六边形影响的力链范围更广,其区域边角离主力链更近或涉及到主力链处,因此对力的传递影响更大。在软弱区域刚度影响性的探讨中,基于在软弱区域尺寸探讨中的颗粒模型,实验部分将软弱区域材料分别设置为橡胶、硅胶、泡沫,并横向比较了不同复合系统的底部力情况,发现:软弱区域尺寸小于2层时,颗粒系统受软弱区域刚度的影响较小;软弱区域尺寸扩至2层后,其刚度越小,对力的扩散和吸收作用越强,峰值偏移现象也越早发生。数值模拟则是设置了四个不同梯度的刚度比,发现不同刚度比堆积体的底部平均力皆随着软弱区域尺寸的扩大而降低。软弱区域扩至3层后,刚度比越大,底部平均力和最大值越小。刚度比的改变对堆积体上层结构的平均力几乎没有影响,但在刚度比大于10的堆积体下层结构中,刚度比越大,同深度的颗粒层平均力越小。对软弱区域位置影响性的探讨中,选取了系统底部与主力链两处敏感位置作为对比。实验表明:位于底部的软弱区域对力有更强的吸收作用,位于主力链处的软弱区域对力的传递有更强的阻碍和扩散作用。软弱区域沿着主力链越靠上,力越容易聚集在右侧峰。模拟结果表明:软弱区域从中间到底部的位置变动主要会对颗粒堆积体的中下层产生较大的影响。底部软弱模型中软颗粒内部的接触力小于中间软弱模型,当把软弱区域在主力链处从下往上移动时,接触力横向扩散的区域随之向上移动,向内部偏移的力逐渐增多。软弱区域在主力链处的位置越靠上,改变该侧接触力传递的方向能力越强。