颗粒体系结构的初步研究
微重力环境的颗粒物质研究
微重力环境的颗粒物质研究作者：厚美瑛来源：《科学》2016年第06期颗粒体系的运动及其驱动方式和边界条件相关，呈现复杂得多尺度流动现象，这样的体系在自然界中无所不在。
本文介绍在微重力条件下颗粒体系流动特性的研究，以及在实践十号卫星上取得的相关研究进展。
自然界中有许多物质是以“颗粒”状态存在的，一些自然现象如地震、泥石流或山体滑坡等地质灾害的发生与颗粒物质的运动行为息息相关。
颗粒物质运动行为的普适性动力学被美国《科学》（Science）周刊在创刊125周年之际列为当今125个尚未解决的重大科学问题之一。
颗粒物质及其在微重力环境下研究的意义颗粒物质体系指的是大量尺寸大于1微米的宏观颗粒所形成的具有离散性、结构无序性和能量耗散性的多体体系。
与固体、液体和气体的重要区别是，温度对“颗粒态”粒子几乎不起作用。
比如，大气中的气体分子虽然看不见摸不着，但是只要知道气体的温度，基本上就能描述出它的状态。
而对颗粒体系的描述要复杂得多，物理学家正在努力找寻一个可以描述它的简单方程。
已故的诺贝尔奖得主、理论物理学家德让纳（P.-G.deGennes）曾提出将颗粒物质列为一种新类型的凝聚态物质。
这种“颗粒态”物质体系，其热扰动，即粒子的布朗运动，与颗粒的平动动能相比可以忽略不计，是远离热平衡的复杂体系。
颗粒体系由于粒子间非弹性碰撞和摩擦等内秉的能量耗散特性，与分子气体不同，经常会有局部凝聚（或团簇）现象出现，颗粒物质团簇形成机制是包括星际尘埃行为及深空探测等微重力科学研究的重要问题。
理解和预测这一现象的发生有助于人们对远离平衡态体系自发形成的有序结构和麦克斯韦妖等现象的机理的认知。
这种局部凝聚现象可以类比于分子气体中亚稳态分解形成的液滴，将气液相分离用于解释和寻求局部凝聚现象的模型得到了分子动力学模拟的校验，但是实验的校验却由于宏观粒子运动受重力作用的影响难以在实验室中实现。
2016年4月6日至25日在轨的我国实践十号返回式科学实验卫星为这样的实验研究提供了长时稳定的微重力条件，使得实验观察成为可能。
颗粒体系的数值模拟与应用研究
颗粒体系的数值模拟与应用研究颗粒体系广泛存在于自然界中，如沙堆、流沙、飞沙等。
同时，颗粒体系也是许多工程领域的重要研究对象，例如粉体冶金、土工建筑、制药工程等。
为了深入研究颗粒体系的各种特性，数值模拟成为了一种有效的手段。
一、颗粒体系的数值模拟方法颗粒体系的数值模拟有多种方法，其中最常见的是分子动力学（Molecular Dynamics, MD）方法和离散元（Discrete Element Method, DEM）方法。
MD方法是一种基于粒子间相互作用力的模拟方法，能够计算颗粒之间相互作用力的大小和方向，并进一步探究颗粒体系的宏观性质。
此外，MD方法还包括催化反应、成膜过程等各种过程，能够全面反映物质微观结构特征。
DEM方法是一种基于离散单元的模拟方法，可以通过代表颗粒的离散单元求解颗粒间的相互作用力，从而研究颗粒体系的动态特性和运动规律。
与MD方法不同，DEM方法着重于颗粒间的摩擦力和接触力的模拟，在研究颗粒流动特性、颗粒混合等方面多有应用。
二、颗粒体系模拟的应用研究1. 颗粒流动特性颗粒流动存在着复杂的流动状态和运动规律，而数值模拟方法能够较为真实地模拟和研究颗粒体系的流动特性。
基于DEM方法的颗粒流体力学模型能够解决颗粒流动中的问题，例如颗粒运动的关键参数、颗粒流动的固体结构以及流量和体积分数等。
2. 颗粒混合特性颗粒混合在许多工业领域中具有重要意义，如制药工程中的颗粒混合可以达到高效的药物制备过程。
通过数值模拟方法，可模拟颗粒混合的运动规律和混合状态，从而探究混合后颗粒的分布情况以及不同混合方式对混合效果的影响等。
3. 颗粒沉降行为颗粒沉降行为对于污染物治理具有重要意义，例如废水处理过程中颗粒的沉降速率会影响沉积池的体积和催化剂的使用效果。
基于颗粒模型的DEM方法能够克服物理试验中难以模拟的复杂条件，如不同颗粒材料的沉降速度、颗粒在不同液相中的沉降特性等。
4. 颗粒结构形态的研究颗粒结构形态是物料物理性质的保证，颗粒形态的缺陷和不一致性会影响物料物理与化学的性质。
胶体体系的结构与性质研究报告
胶体体系的结构与性质研究报告摘要：胶体体系是一种介于溶液和悬浮液之间的复杂体系，由固体颗粒或液滴悬浮在连续相中形成。
本研究报告旨在探讨胶体体系的结构与性质之间的关系，并分析其在科学和工程领域的应用。
通过实验和理论模型的研究，我们发现胶体体系的结构对其性质具有重要影响，同时也揭示了一些胶体体系中的新现象。
引言：胶体体系广泛存在于自然界和人工系统中，如乳液、凝胶、泡沫等。
胶体体系的结构与性质研究对于理解和应用这些体系具有重要意义。
胶体体系的结构包括颗粒形状、大小、分布以及相互作用等因素，而性质则包括流变学、光学、电学等方面。
理解胶体体系的结构与性质之间的关系，有助于我们设计和控制这些体系的性质，以满足不同领域的需求。
实验方法：本研究采用了多种实验方法来研究胶体体系的结构与性质。
首先，我们使用了透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）等技术来观察胶体颗粒的形态和分布。
然后，我们利用动态光散射（DLS）和静态光散射（SLS）等技术来测量胶体体系的粒径分布和聚集状态。
此外，我们还使用了拉曼光谱和红外光谱等技术来研究胶体颗粒的化学组成和表面性质。
实验结果与讨论：通过实验观察和数据分析，我们发现胶体体系的结构对其性质具有重要影响。
首先，胶体体系中颗粒的形状和大小决定了其流变学性质。
例如，球形颗粒的胶体体系通常具有较低的黏度和较高的流动性，而纤维状颗粒的胶体体系则具有较高的黏度和较低的流动性。
其次，胶体体系中颗粒的分布和相互作用也对其性质产生影响。
颗粒的分散度和聚集状态会影响胶体体系的稳定性和流变学性质。
此外，颗粒之间的相互作用力，如范德华力、电双层力和静电斥力等，也会影响胶体体系的性质。
应用前景：胶体体系在科学和工程领域具有广泛的应用前景。
首先，胶体体系的结构和性质研究为新型材料的设计和合成提供了理论基础。
通过控制胶体体系的结构，我们可以制备出具有特定性质和功能的材料，如超疏水表面、光子晶体等。
其次，胶体体系在生物医学、环境科学和能源领域也有重要应用。
下沉颗粒三相体系的混合技术研究(Ⅰ)——功率的影响因素
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烟 台大学学报 （自然 科学 与工程 版 ）
第２ ０卷
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前 ， 沉 颗粒 的三 相 混 合 研 究 主 要集 中在 颗 粒 的 下 完 全离 底 悬浮 上 ， 下 沉 颗 粒 三 相 混合 系统 的研 对
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究 报道 还 不多 ．
本文主要针对单层桨搅拌釜 内下沉颗粒 （ 颗
粒密度 稍 大 于液体 的密 度 ） 的三 相 混合 问题 进 行 了研 究 ． 重 考 察 了搅 拌 器 型式 、 体流 量 、 拌 着 气 搅 转速对 功 耗 的影 响 ， 定 了适 宜 于 下沉 颗粒 三 相 确 体系 的搅 拌器 型 式 ． 对 工 业 混 合 装 置 的设 计 和 这 改造具０ ４０ｒｍｉ， 体 流量 Ｑ为 ０ ３ｍ ／ ． 实 ５ －０ ｎ气 ／ － ｈ本
淀粉颗粒结构体系
淀粉颗粒结构体系
淀粉颗粒是由一些复杂的糖聚合物构成的复杂聚集体，其结构体系由三个层次构成：表面层、核心层和中间层。
表面层由糖原、无机阴离子、单糖、多糖和脂肪酸组成，核心是淀粉颗粒的结构特征，它主要由α-淀粉聚糖和β-淀粉组成，是淀粉颗粒结构体系中抗化学代谢最重要的一级。
中间层是淀粉颗粒表面与核心之间的一层，由一些多糖组成，如糊精苷、双聚糖和淀粉三聚糖等。
它们起到促进淀粉颗粒表面和核心之间物质的连接作用，这是淀粉颗粒结构体系的最终一个层次。
水平振动激励下颗粒物质的分布形态与对流模式研究
水平振动激励下颗粒物质的分布形态与对流模式研究颗粒系统在水平振动作用下表现出复杂的现象,包括分离、对流与分布图案,对农业、采矿、制药、地质、土木工程等发展具有重要意义。
以前的理论和实验工作大多研究了竖向振动的影响,较少探索水平振动对颗粒系统对流运动与分布模式的影响。
在水平振动的颗粒系统中,影响颗粒运动与分布的重要因素主要包括颗粒粒径比、颗粒物性、能量输入、振动方向和边界条件等。
在本文中,我们将分别研究水平振动作用下单组分颗粒体系单层床层、双组分颗粒体系单层床层与双组分颗粒体系多层床层中颗粒的对流运动与分布图案。
首先,我们将总质量500g、粒径d=8.0 ± 0.2 mm的活性氧化铝球形颗粒放入正方形容器形成单组分颗粒体系的单层床层。
容器边长LX=LY=25 cm,高LZ= 18 cm。
在容器上施加水平振动,振动频率分别固定为5 Hz、10 Hz和15 Hz,无量纲振动加速度Γ=0.8～1.4。
在实验中,我们发现单组分颗粒体系的单层床层在水平振动作用下形成了四种不同的密度分布区域,即固态区、团簇区、气态区和空区,以及颗粒从容器的一个角落跳起形成多层结构的3D状态。
研究发现转动惯量I对颗粒系统的能量耗散和对流运动有重要的影响,且有I∝(Lv,),其中L为颗粒系统的角动量,vt为颗粒系统的线速度。
当(Lvt)>2.24X104 gcm3/s2且Γ≥1.2时,颗粒系统发生对流运动。
3D状态的形成主要受振动加速度的影响,受振动频率的影响较小。
此外,我们降低颗粒系统总质量至400 g,研究了活性氧化铝球形颗粒的单层床层在水平振动频率f= 5 Hz、10 Hz和15 Hz,振动加速度Γ=0.8～1.4条件下的对流模式。
实验发现了对流运动的多种模式,包括无对流、双环对流、顺时针单环对流与逆时针单环对流等。
同时,颗粒系统也形成了不同的密度分布区域,即固态区、团簇区、气态区和空区。
空区范围的大小影响其他区域的颗粒密度,对流模式对团簇区没有明显的影响。
粉体学测定标准-概述说明以及解释
粉体学测定标准-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：粉体学是研究颗粒物料的性质、结构和行为的学科，广泛应用于材料科学、化学工程、制药、食品加工等领域。
粉体学测定标准是对粉体性质进行准确、可靠、标准化测试的方法和规范，对于确保产品质量、促进技术发展、提高生产效率具有重要作用。
本文将介绍粉体学的概念、测定方法以及测定标准的重要性，旨在帮助读者更深入了解粉体学领域的相关知识，并为相关研究和应用提供参考依据。
通过对粉体学测定标准的研究和应用，可以更好地推动粉体学相关领域的发展，促进产业升级和技术创新。
1.2 文章结构文章结构部分主要是介绍本文的组织框架和各部分的内容。
本文按照以下结构展开：1. 引言：概述粉体学测定标准的重要性和必要性，介绍本文的目的。
2. 正文：2.1 粉体学概念：介绍粉体学的基本概念和特点。
2.2 粉体学测定方法：介绍常见的粉体学测定方法及其原理。
2.3 测定标准的重要性：探讨制定粉体学测定标准的必要性和作用。
3. 结论：3.1 总结：对本文内容进行总结和概括。
3.2 应用前景：展示粉体学测定标准在实际应用中的潜力和价值。
3.3 展望：展望未来粉体学测定标准的发展方向和可能的应用领域。
通过以上结构，读者可以清晰地了解本文的主要内容和逻辑思路，有助于更好地理解和吸收文章的信息。
1.3 目的本文的目的是探讨粉体学测定标准的重要性，通过对粉体学概念、测定方法以及标准的分析和解释，强调标准在粉体学领域中的作用和意义。
同时，希望能够引起人们对粉体学测定标准的重视，加强对相关标准的遵循和执行，以确保粉体学研究和应用的准确性和可靠性。
在不断推动粉体学领域的发展的同时，也为粉体学研究者和从业者提供一个参考和指导，促进相关领域的交流与合作，推动整个行业的健康发展。
2.正文2.1 粉体学概念粉体学是一门研究粉体特性及其相关技术的学科，它主要关注微米至纳米米级尺度的颗粒体系。
粉体是指由颗粒状固体微粒组成的物质，通常在工业中以粉末的形式存在。
粉体材料粒度分布及颗粒形貌控制的实例分析
粉体材料粒度分布及颗粒形貌控制的实例分析制备粒度均一分散的超细粉是粉末结构形貌控制的主要目标之一。
调节体系过饱和度、添加晶种控制晶核数、促进或阻碍团聚的发生等，是粒度控制的主要策略。
在体系溶解度较大的情况下，Ostwald陈化也可调节颗粒粒径及其单分散性。
在化学沉淀制粉过程中，微观均匀混合是体系粒度控制的最主要内容。
•各个微小区域内过饱和度微小变化将导致晶核数目大量变化，从而使晶核大小不一。
•强制混合是保证微观状态一致、制取粒度均一的超细粉末的有效措施。
•由于超细粉体极大的表面能，粉末颗粒的形成除了经历了成核、生长等过程外，还可能发生聚结与团聚。
•如何有效地控制粉体的团聚也是超细粉末尺寸分布控制研究的一个重要内容。
二、粉体形貌控制粒子形貌包括形状、表面缺陷、粗糙度等，但主要指形状。
纳米粉体，尤其是超微颗粒往往表现出很多形状，除了与其晶型结构有关外，还取决于其合成方法及相应的操作条件。
如在湿化学法体系中，颗粒的形状对操作条件极其敏感，溶质浓度、反应体系中阴离子的种类、反应体系是否封闭等因素均可能影响颗粒的形状。
•一般认为，液相中的超微颗粒可选择性吸附溶液中的简单离子、络离子及有机化合物分子，且不同晶面上被吸附物的种类和数量均有所不同。
•而溶质浓度、阴离子种类、温度、pH值等操作条件的细微变化均可能影响晶面的吸附情况，这些吸附通过改变晶面的比表面能或生长速度常数而促进或抑制晶面的生长，进而影响超微颗粒的形状。
•因此，不同操作条件下形成的超微粒子往往呈现多种形态。
此外，添加剂也可改变粉体的形貌。
比如，在超细粉体α-Fe2O3合成中，研究者发现陈化时添加柠檬酸、酒石酸，α-Fe2O3粉末呈短柱状、片状或层状，而添加有机磷酸可以得到轴比很大的适宜作磁记录介质的针状粉末。
通过添加柠檬酸还可以制备得到阻燃材料用的等轴细棱形片铝钠石和细小片状Mg(OH)2。
添加异种物质进行粉末形状控制应考虑以下几点：•母晶的晶格结构、•剩余的原子价、•异种物质分子的极性基大小形状以及配位。
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颗粒体系结构的初步研究金峰、孙其诚（清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京100084）摘要：颗粒物质是大量离散的固体颗粒相互作用而组成的复杂体系，在自然界中广泛存在，比如泥石流、岩土和堰塞体等，与之相关的土力学和泥石流动力学等唯象理论发展较为完善。
它们侧重于工程应用，对深层次的物理机制并没有深入研究。
颗粒物质由于其离散性和强耗散性，凝聚态物理学和力学理论不能很好地应用，近20年来其基础研究是科学的前沿，也逐渐形成一门新的学科—颗粒物质力学。
本文首先简要回顾了颗粒物质的研究历史，理清了发展的脉络，对比了不同学科之间的内在关系，指出基于凝聚态物理学、固体力学和流体力学等科学成就，建立颗粒物质宏观性质的微观理论是颗粒物质力学的主要研究内容；指出了颗粒体系具有典型的多尺度结构特点，认为合理分割结构层次、正确理解不同层次的物理过程、并确定它们之间的关联是颗粒物质机理研究取得突破的可行研究途径之一。
以二维颗粒体系的侧限压缩和刚性块体压入过程的模拟为例，简单介绍了颗粒体系的力链形态和统计统计规律，明确提出强力链网络决定颗粒体系的宏观力学行为。
关键词：颗粒物质; 有效应力; 力链; 土骨架1 颗粒力学颗粒物质是大量离散的固体颗粒相互作用而组成的复杂体系，在自然界广泛存在，比如泥石流、岩土和堰塞体等，与人类生存和生活密切相关。
对颗粒物质的研究有悠久的历史，1776年，库伦(C.A. Coulomb, 1736~1806)在法国皇家科学院(Academie Royale In Paris)汇报了颗粒物质的摩擦定律，开创了颗粒物质科学研究的先河[1]。
19世纪是经典物理学发展的顶峰时期，科学家们把主要精力投入到力学、热力学和统计物理、电磁学、光学等的研究中，期间一些科学家曾先后研究过颗粒物质，比如法拉第(M. Faraday, 1791~ 1867)和雷诺(O. Reynolds, 1842~ 1912)分别研究了颗粒振动对流和挤压膨胀现象，从19世纪末开始的以量子力学和相对论为核心的现代物理成为科学的新前沿。
可以看出，自1776年之后的两个世纪中，对颗粒体系的物理机理研究始终没有得到全面而深入的开展。
直至1990年前后，非线性动力学、非平衡相变理论和自组织临界理论等快速发展，风靡一时，沙堆体系由于易于实验而成为检验这些理论正确与否的例子之一，而实验结果与理论预言结果并不很好相符，这完全出乎人们的意料，原本认为简单的沙堆却表现出极为复杂的物理规律。
在之后的20年，人们逐渐关注颗粒物质体系的精细力学行为，开展了大量实验；同时随着计算机性能逐渐提高，可以获取单颗粒运动信息的颗粒离散元方法被普遍采用，人们发现颗粒体系具有对外界微小作用的非线性响应和自组织等独特性质，不能用一般的固体力学理论、流体力学理论和凝聚态物理予以解释。
Science于2005年把颗粒物质与湍流并列为100个科学难题之一，众多杰出科学家加入到颗粒物质的研究中，颗粒物质的基础研究成为科学前沿之一，而对颗粒物质体系平衡和运动规律及其应用的研究逐渐成为一门学科—颗粒物质力学[2,3]。
侧重机理研究的颗粒力学研究思路可以分为三类。
在第一类研究中，把固体的弹性或弹塑性理论推广到颗粒物质体系，得到一组可用来计算包括应力、变形、能量、能流、热产生等所有物理量在内的完备偏微分方程组，可以从理论上确定有着重要工程意义的本构关系，显然该本构关系也是非常复杂的非线性关系，有着繁多的关于应力、速度和密度等变量的空间导数项。
颗粒物质体系的基本特征是非连续和接触时发生能量耗散，这使得颗粒物质表现有远比普通固体强且丰富的耗散现象，在外力作用下出现大得多的塑性形变。
在这一方面的典型工作是我国理论物理学家蒋亦民教授和德国Tuebingen大学理论物理所Prof. Mario Liu合作发展的颗粒物质动力学理论（granular solid hydrodynamics, GSH），可以统一地处理土体的宏观力学特性，包括非线性弹性，以库仑屈服为标志的力学失稳，剪胀现象，现代土力学中的次塑（hypoplastic）本构模型，用动三轴装置测量的循环加载下土体的塑性蠕动数据和流动法则（flow rule）等等，一些工作处于国际前沿水平[4]。
第二类研究则试图建立起体系局部的颗粒几何排布规律与宏观力学行为的联系，比如Oda将砂土的三轴压缩试验试样经固化处理后从不同的方向切成薄片，然后观察颗粒接触点角的分布，发现颗粒接触点角向大主应力方向集中[5]；Matsuoka基于光弹材料及圆铝棒的直剪试验结果，从颗粒接触点角变化规律出发推导出滑动面上的应力剪胀关系方程[6]。
1979年Cundall和Strack等人[7]提出了离散单元法（distinct element method, DEM），DEM逐渐成为颗粒体系微观结构研究的有效工具，它能提供颗粒的位移和接触力等详细信息，进而确定体系的应力、接触力分布、接触角分布、接触时间数、组构张量、配位数等统计力学和几何参数[8]，并采用平均场理论(mean field theory)[9]和粗粒化方法(grain coarsing approch)[10]得到体系的统计性质，比如能量密度、应力张量、应变张量、热流和弹性模量等，进而构建颗粒体系的本构关系，描述其宏观力学性质。
第三类研究研究颗粒体系的力链结构及其统计规律，进而确定其与体系宏观力学性质的关系。
通过光弹实验和DEM模拟发现[1]，颗粒间持续接触，形成复杂接触网络。
接触力一般大于间隙气体或液体力而起主导作用，且沿着接触网络中的链状路径（亦即力链）这一特殊结构传递，使得颗粒间发生力链长度上的短程相关，形成颗粒→力链→体系的多尺度结构。
颗粒接触网络为外荷载的传递提供了物理基础，力链是外荷载有选择地沿着某些接触而传递形成的路径；力链对外荷载加载方式和体系几何特征极其敏感，在同一接触网络中即使外荷载的轻微变化也会使得力链发生极大变化，因而在光弹实验和离散元数值模拟中看到了形态千差万异的力链。
孙其诚、王光谦和金峰等[11,12]提出了力链网络的复杂动力学响应决定颗粒体系宏观力学性能的假设，从分析以力链为核心的密集体系多尺度结构特征及其演变规律入手，研究颗粒固体应力传播模式、破坏机制、颗粒流体流动本构关系等关键问题，可能取得突破。
显然力链不同于接触力分布、接触角分布、组构张量和配位数等局部单元的力学和几何参数统计信息，力链是应力传递路径，贯穿了若干这样的单元，它从更高的结构层面揭示颗粒体系的力学形式，是从体系局部的颗粒几何和力学规律确定体系宏观力学性质的另外一种方法。
颗粒物质的基本特征是非连续和接触耗散性，大量固体颗粒相互作用而组成复杂体系，涉及多个空间结构层次和特征时间尺度，具有复杂跨尺度作用耦合等特点。
多尺度是指体系内在结构层次性及不同层次间的关联，从哲学高度揭示了研究体系的层次性和普遍联系性。
颗粒物质体系是典型的多尺度体系，合理分割研究其结构层次、正确理解不同层次的物理过程、并确定它们之间的关联是颗粒物质多尺度方法的核心任务。
目前，对于颗粒体系，我们依据内在过程和特征时间，把体系结构层次划分为3个尺度，见图1。
其中，微观尺度是组成颗粒体系的基本单元，即单颗粒；宏观尺度是指整个颗粒体系；而细观尺度则是指由基本单元组成的较为稳定的结构体，亦即力链。
其中颗粒－力链、力链－宏观的两个关联是颗粒物质多尺度方法的难点和重点。
图1 颗粒物质的多尺度结构2 颗粒体系的力链从工程应用角度，以有效应力原理为基石，形成于1921~1923年，是Terzaghi构建现代土力学理论体系的基石[13,14]。
80多年来人们创建了许多计算应力和稳定分析的方法和模型，能够凝练和概括一定的试验数据，广泛地应用于地基、土工构筑物和结构与土的联合作用等问题的应力与变形，强度与稳定的静力或动力分析计算中，形成了体系庞大的土力学和散体力学等以工程应用为主的学科。
它们是唯象科学，一些结论不可外延，很难从机理上刻画土颗粒体系的非线性、弹塑性、剪胀性和流变性等，比如颗粒体系的应变如何确定等这些基本概念有待商榷；同时，应力水平、应力路径、应力历史和土的状态、组成、结构及温度等都对力学特性有显著影响，对于如此复杂的体系及边界条件（几何的、力的和温度的），土力学和散体力学似乎到了揭示问题的理论水平的极限。
采用新的研究手段，沿着新的研究思路，加强物理机理的研究，加强颗粒力学的研究，是科学发展的需求，具有重要的科学价值和广泛的应用价值。
有效应力原理认为，颗粒间挤压接触变形构成复杂骨架结构（如图2所示），有效应力则是骨架上固体颗粒间接触力在土体总截面积上的平均应力，其值σ′是总应力σ减去孔隙水压力u所得差值，它控制了土的变形及强度性能。
有效应力原理的物理意义上非常明确，但它只是表观的、概念性的，首先表现在有效应力无法测定，而是量测总应力和孔隙水压力后的差值。
土体颗粒体系的变形就是颗粒位置的变化，亦即土体骨架的演化。
自Terzaghi构建土力学80多年后的今天，人们对有效应力原理的认识依然不一，由此臆测和推想了一些不切实际的结论。
我们认为造成这一不应该发生的现象的更深层次原因是对颗粒骨架几何结构和力学性能的认识极为初步，比如什么是颗粒骨架？如何描述？它的变形与土体的变形如何对应？又如何与孔隙水协调决定土体中的有效应力？等若干关键问题根本没有回答。
我们意识到，在现有土力学理论体系不可能对这些问题予以解释，这就需要新的研究手段，采用“显微镜”和“透视镜”观测土体—这一典型颗粒体系中的结构和力学性能。
图2 基于离散元方法模拟得到的静态堆积颗粒体系的骨架结构力链则是颗粒力学的基本概念，目前认识也不统一，如何定义力链就有多种说法。
我们认为在外荷载作用下颗粒相互挤压形成网络，这是颗粒接触网络(contact network)，是支撑外荷载的物质基础；颗粒间的相对位置（亦即拓扑关系）决定颗粒接触网络的形态，其数学描述较为艰难，曾有人把它类比为泡沫结构(foam structure)。
我们认为，平均配位数<Z>可能是描述接触网络性质的比较合理的参数之一，<Z>综合反映了颗粒物性（颗粒表面摩擦系数μs、弹性模量和泊松比等）、级配、颗粒体积份额φ等几何参数和物性参数对颗粒体系接触网络的影响。
细致研究发现接触网络上局部颗粒受到的力大小不同，亦即传递的外荷载份额不同，使得接触颗粒间接触有强弱之分，那么传递较大份额荷载的路径构成强力链，反之形成弱力链。
因此，强、弱力链是外荷载传递的路径，而这些路径构成了整个接触网络，强、弱力链仅是接触网络的一部分。
在一些情况下，比如点力作用下的静态颗粒体系，当点力不大时，触网络可能不变化，如果改变力方向，发现体系内部传递路径—力链结构随着点力方向却发生了很大变化，因此力链结构对外荷载发生动力响应，这就说明颗粒接触网络依据传递外荷载的大小把网络结构分成强力链和弱力链两套结构，两者的性质完全不同,其中弱力链网络是背景，而强力链网络起决定作用。