力不明显，它是地球上人们最为熟悉且现存最多的物质类型之一 [1] 。 在我们平日的生产生活

中，颗粒物质更是无处不在，从星球散落的银河，到万物生长的地球；从孕育生命的山川河 流，到鲜有人烟的荒漠原野；从川流不息的大街小巷，到门可罗雀的穷乡僻壤，我们熟悉的

颗粒物质有很多，如：沙石、泥土、谷物、药片、各种调味品、空气中的悬浮物等等[2] 。 宏观上，我们可以运用牛顿运动定律来分析单个粒子的运动状态，然而大量粒子所构成

的离散体系却有着千差万别的运动特性。我们都知道，液体和固体的主要区别在于，一切外 力都会改变液体的运动状态，而固体在一定程度上可以保持原有状态不变。相比较，因为颗 粒物质中的每个颗粒之间存在的静摩擦力和重力等外力作用，所以颗粒堆能够维持一定的形 态，并能够承受一定范围内的外力作用，这种情况类似于固体中分子间作用力，也可以看做 是一种内力作用。但是在某种特定情况下，非常小的外力作用都可能使颗粒堆内部发生滑动 乃至崩塌论文网，这又与液体受外力作用时的情形相似。对于固体和液体这两种物质类型，当外界 的环境保持不变时，其密度也不变，而相对于颗粒物质，其堆积密度随着堆积方式和历史条 件的不同而不同，所以对于研究颗粒物质内部力的传播方向显得尤为复杂。颗粒间彼此接触 而产生相互作用力，颗粒物质的成拱效应和颗粒间的摩擦力又对物质内部力的分布起着决定 性的作用。固体原子之间的排斥吸引平衡作用不同，颗粒之间仅有硬球间的排斥作用。研究 表明，颗粒物质内部力的分布不匀称，颗粒间作用力通过力链连接成网状结构，并且该力链 上力的分布也不匀称。此外，我们还知道了颗粒体系中力链上的颗粒所受外力较大，而在力 链之外的颗粒可能受到很小的力或者完全不受力，所以处在力链上的颗粒即使受到轻微的扰 动也有可能使整个颗粒体系发生崩塌现象。另有研究表明，当颗粒体系发生振动时会使颗粒 之间形成对流，不同质量的颗粒组成的颗粒体系将会产生巴西果效应。

总的来说，颗粒物质静止时似固体，流动时似液体。在颗粒体系内部，各个颗粒之间相 互作用形成强度各异的力链，力链交错纵横形成网络，其复杂的动力学响应决定着颗粒体系 的宏观物性。颗粒物质是由许多颗粒构成的一种复杂的非线性离散系统，它有着很多独特的

性质[3] 。诺贝尔奖得主法国物理学家 P。G。de Gennes 曾指出，1998 年颗粒物质的研究水平相当于固体物理在 30 年代的研究水平，并且呼吁广大科研人员投身于颗粒物质的理论研究。18 世纪中后期开始有人研究有关颗粒物质的一些问题，但当时研究这一领域的科学家简直是屈

指可数[4] ，有些科学家也只是略有涉猎。1773 年，法国科学家 Coulomb 首次提出与固体间摩 擦力有关的 Coulomb 定律。1780 年，德国物理学家 E。Chladni 发现运动中的复杂颗粒体系， 由于每个颗粒的质量和表面粗糙程度都不相同，其运动规律也不相同。直到 1831 年,Faraday 才确切的分析了颗粒物质与固体、液体和气体运动特性的差异，并较为系统地研究了颗粒物 质。1884 年，英国物理学家 Roberts 发现了当粮仓内堆积的粮食高度在底部直径两倍以上时， 其底部的压力将不继续增大，而是主要施加给粮仓壁，这就是著名的粮仓效应。随着人们对 颗粒物质的认识不断深入，越来越多的科研工作者投入到这个领域中来，从基本理论出发逐 渐发展到工程应用中去。

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