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格基础，存在良好的兼容性。该方法被广泛用于土体的大变形问题，但在土体干缩开裂问题中鲜见相
关成果报道 ［６５］ ，其主要原因估计与物质点法对于开裂问题描述的局限性有关。
近场动力学方法能自然处理裂纹的萌生和扩展，并且不受多裂纹相互干扰和复杂三维裂纹扩展的
限制。此外，在非常规状态型近场动力学理论中，通过构建与传统应力应变等价的非局部应力应变概
念，使得众多经典力学理论框架能够直接适用于该方法，展现出更为广阔的应用前景。然而其较低的
计算效率约束了它在工程领域的发展。结合有限元方法的优势，构建有限元 － 近场动力学混合方法，
能更高效更精准捕捉裂纹扩展过程，目前主要有 ＦＥＭ－ ＰＤ并发式分析方法和顺序分析方法。具有代表
性的 ＦＥＭ－ ＰＤ并发式分析方法包括：Ｍａｃｅｋ等 ［６６］ 提出的物质点和有限元节点满足位移协调条件的混
合方法、以及 Ｌｉｕ等 ［６７］ 提出的近场动力学子域和有限元子域间界面单元满足力平衡条件的混合方法，
如图 １２（ａ）（ｂ）所示。本团队同样提出了两类新的 ＰＤ － ＦＥＭ混合模型，分别为重叠模型与接触模型 ［２］
（见图 １２（ｃ）（ｄ））。在这些模型中，对结构可能出现裂纹的区域，采用近场动力学模型，其他区域采
用有限元模型，因此这类方法需要预先估计裂纹可能的萌生和发展区域，当裂纹可能出现在求解域任
意位置时，该类方法并不适用。ＦＥＭ－ ＰＤ顺序分析方法先通过有限元方法对结构进行连续性变形分
析，当部分区域可能达到破坏临界条件时，将这些区域转为物质点集，再采用 ＦＥＭ－ ＰＤ混合模型进行
数值计算 ［６８］ 。ＦＥＭ－ ＰＤ顺序分析方法对 ＦＥＭ 向 ＰＤ自适应转换技术要求较高，需要解决转换过程中
数值不稳定，位移、应力和应变不连续等问题，仍需要深入研究。
基于 ＦＥＭ－ ＰＤ并发式分析方法，Ｎｉ等 ［６９ － ７０］ 建立了一种水 － 力耦合分析的 ＦＥＭ－ ＰＤ混合模型，用
于模拟饱和多孔介质中的水力压裂行为。Ｓｕｎ等 ［７１］ 进一步讨论了流量、黏度、结构的杨氏模量、孔隙
度和渗透性对多孔介质开裂的影响。在该模型中，流体流动方程采用有限元求解，固体变形和开裂采
用有限元和近场动力学混合求解，但该模型尚未应用于土体干缩开裂和卷曲问题的分析。

图 １２ ＦＥＭ－ ＰＤ混合模型的几类建模方式 ［２，６６ － ６７］

４．２ 不同无网格粒子类混合方法 不同的无网格方法适用于不同的应用领域。离散元方法常用于模拟
土体颗粒间相互接触、碰撞，材料碎裂或大变形问题；物质点法常用于滑坡、土体液化和土坝溃决等
大变形问题；光滑粒子流体动力学方法常用于爆炸、自由表面、大变形和多相流等流体力学问题；近
场动力学主要用于材料的疲劳、损伤、开裂和破坏等问题。结合不同无网格粒子类方法的优势，可以
更好地描述土体干缩开裂和卷曲过程中的复杂现象，有利于揭示其中的力学机制。
Ｊｈａ等 ［７３］ 和 Ｈａｒｔｍａｎｎ等 ［７４］ 提出近场动力学和离散元混合方法（Ｐｅｒｉｄｙｎａｍｉｃｓ － ｂａｓｅｄＤｉｓｃｒｅｔｅＥｌｅｍｅｎｔ
Ｍｅｔｈｏｄ，ＰｅｒｉＤＥＭ），用于计算粒子间的撞击及破碎问题。该方法将考察体离散为近场动力学物质点，
并由物质点构成离散元计算中所需的粒子，如图 １３所示；粒子间的相互作用关系通过离散元基本控
制方程描述，粒子内部的变形和断裂则由近场动力学进行计算；通过两种方法混合计算，实现粒子间
的相互作用及粒子内部的破裂。该方法在干湿循环条件导致的土粒子破碎和重组等问题的模拟上显示
出较大的潜力，但计算效率较低，难以适用于大规模土体干缩开裂和卷曲问题的计算分析。

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