南京大学杨辰昊：基于MatDEM降雨型滑坡多场耦合数值模拟
导读：中国是世界上滑坡灾害最严重的国家之一，而降雨作用又是诱发滑坡的主要因素。降雨会增加土壤的含水量，导致土壤的孔隙水压力上升，同时削弱土壤颗粒之间的摩擦力和粘结力。随着土壤含水率增加，其承载能力降低，滑坡也随之发生。进行降雨条件下滑坡的稳定性研究，探明降雨诱发滑坡发生的内部机理及过程具有重大意义。大家好，我是杨辰昊，南京大学2022级地质工程专业硕士。8月30日20时，我也将作为分享嘉宾之一在2024MatDEM奖学金线上讲座的分享《基于MatDEM的降雨型滑坡数值模拟》，将与各位老师、同学分享和交流MatDEM离散元软件学习与应用经历，欢迎各位老师和同学莅临指导。
一、离散元多场耦合思路
通过离散元法模拟多场耦合时，我们将每个离散颗粒单元视为由孔隙和颗粒组成的整体，并赋予它们含水率。通过将水分场添加到这些颗粒单元上，赋予它们一定的初始含水量，从而能够更加真实地模拟多场耦合问题。在边坡降雨过程中，边坡表面的颗粒单元会不断接收降雨，逐渐达到饱和状态，并将水分向下传递。在模拟中，我们筛选出所有接收到降雨的表面颗粒单元，将它们的饱和度设定为1，即它们始终处于饱和状态，以模拟边坡表面持续接受降雨的情形。
在迭代计算中，坡体颗粒单元最初具有一定的含水率，处于不饱和状态。由于表面颗粒单元与临近单元之间存在含水率差异，在水力梯度的作用下，水分沿着孔隙通道从高含水率的颗粒单元向低含水率单元扩散。随着降雨的持续，土体的整体含水率逐渐增加，土颗粒表面形成的结合水膜变得更加厚重，导致土体间的连结强度逐渐减弱。在数值模拟中，我们通过建立颗粒单元强度与含水率之间的折减关系，来模拟土体含水率对抗剪强度的影响。例如，在王海东（2015）的研究中，展示了粗砂土的内摩擦角随着含水率的变化关系，研究结果如下图所示。
通过以上思路，我们便能够实现降雨型滑坡的数值模拟。首先，赋予颗粒单元含水率特性，并通过筛选边坡表面的颗粒单元，设置它们在模拟过程中持续处于饱和状态，从而模拟降雨过程。接着，通过计算相邻单元间的含水率差异，模拟渗流过程，使水分在土体中动态传播。最后，基于试验数据，建立颗粒单元强度与含水率的对应关系，实现了在迭代计算中实时更新边坡土体的强度。而我也将在直播中对耦合原理以及案例代码进行讲解。
二、我的讲座汇报
基于MatDEM的降雨型滑坡数值模拟有不少用户做个讲座分享，例如东南大学于海涛博士关于《基于MatDEM的降雨诱发红层土质滑坡数值模拟》他应用MatDEM软件模拟了广西红层软岩崩解破坏过程及降雨诱发土质滑坡的非饱和入渗过程（点击图片可查看）。
还有北京科技大学姜鑫同学实操《MatDEM边坡降雨入渗模型代码讲解》
图8-边坡降水结果云图
8月30日20时，我的汇报《基于MatDEM的降雨型滑坡数值模拟》，重点介绍降雨型滑坡多场耦合思路及代码讲解，旨在与研究方向与边坡或多场耦合相关的老师与同学，以及广大的MatDEM软件学习与应用者介绍离散元边坡建模方法、学习降雨型滑坡模拟思路、如何模拟土颗粒强度折减和水分如何在颗粒间运移等。
以下是直播安排：
2024MatDEM奖学金讲座(一)：基于MatDEM静态液化问题和降雨型滑坡数值模拟-仿真秀直播
三、2024MatDEM奖学金讲座
为促进MatDEM软件在科研和工程中的应用，鼓励探索研究，特设立“2024智星云-MatDEM奖学金”。奖学金面向使用MatDEM开展科学研究和工程应用的学生和科研人员。经前期有效筛选，最终14名同学入围本次线上评比。通过线上投票和专家评议，产生特等奖1名、一等奖4名、二等奖7名。具体评定结果公布如下(同一等级排名不分先后)：（本次MatDEM奖学金由智星云(亘聪信息科技)赞助）8月30日-9月20日，2024智星云-MatDEM奖学金部分获得者代表，将在仿真秀主办的2024国产软件仿真技术交流月期间做线上讲座分享。诚邀地质工程、岩土工程、采矿工程等专业学生和离散元分析研究者报名参与。我们坚信，这些获奖者不仅展示了MatDEM软件在科研和工程应用中的巨大潜力，也为后来的研究者提供了宝贵的经验和启示。报告五：基于MatDEM和机器学习的土体结构模式识别
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