季顺迎　赵金凤　狄少丞　孙珊珊

摘要：离散元计算分析软件对解决环境力学中的离散介质问题有至关重要的作用.针对环境灾害中的非规则颗粒单元，以圆球颗粒为基本单元，分别构造镶嵌组合单元、黏结组合单元、扩展圆盘单元和扩展多面体单元等，并在此基础上开发基于球形颗粒离散元方法的分析软件（Software of Spherical Particlebased Discrete Element Method，SDEM）.该软件可模拟碎冰、岩石和道砟等颗粒材料的力学行为，能直观展现这些力学过程的发生、发展和演化；基于GPU的并行计算实现离散元大规模计算的高效性.对SDEM软件在地质灾害、工程海冰和铁路道床等领域的应用进行介绍.

关键词：离散元方法； 环境力学； 寒区工程； 地质灾害； 有砟铁路道床

中图分类号： O347.7； TP319

文献标志码： B

0前言

美国学者CUNDALL等[1]在20世纪70年代提出的离散元法（Discrete Element Method，DEM） 发展迅速.特别是近年来，随着计算机技术的发展，该方法已广泛地应用于岩土、化工、生物和环境等诸多领域.[23]在DEM的工程应用中，一直伴随着相应软件的不断发展.CUNDALL和STRACK最早研发二维圆盘程序BALL和三维圆球程序TRUBAL.[4]1989年英国Aston大学THORNTON将TRUBAL改进为TRUBALAston版，后定名GRANULE.目前，基于DEM的商业软件主要有美国Itasca公司的PFC2D和PFC3D，英国DEMSolution公司的EDEM.此外，澳大利亚的相关学者也开展出色的工作.

在具有独立知识产权的国产软件研发中，吉林大学基于CAD成功解决机械部件与球体颗粒接触作用的仿真过程.[5]北京大学基于DEM的工程计算软件的前后处理系统，以人机交互方式实现建模、数据传输和动画演示等全部过程，并……