东南大学于海涛：基于MatDEM的降雨诱发红层土质滑坡数值模拟
导读：大家好，我叫于海涛，目前是东南大学交通学院岩土工程专业博士研究生在读。曾几何时，我应用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，很荣幸能够在仿真秀平台分享我的学习经验。在此，感谢仿真秀平台、南京大学刘春老师及其MatDEM团队给予的支持。9月7日19时，我将与各位老师、同学分享和交流MatDEM离散元软件学习与应用经历，欢迎大家共同交流探讨。在中国西南部地区，广泛发育红色的粘土和粘土岩，称为红层。近年来在红层区域频繁发生滑坡，对于公路建设工程和人民生命安全产生了巨大的威胁。由于含有高含量的伊利石和高岭石，红层软岩往往具有较高的亲水性，在雨水入渗的过程中，红层的力学性质产生明显的弱化，降低了边坡稳定性。
目前对于软岩浸水崩解的研究多为实验室试验，数值模拟研究较少，为此，基于前人的相关试验研究结果，应用离散元方法建立了包含粘土矿物单元和骨架单元的二维软岩试样浸水崩解模型，并与相关的试验进行对照验证，同时设置了含有裂隙以及不同粘土矿物含量和初始含水率的试样进行模拟，对比分析了软岩崩解特性的影响因素。将经过重力沉积和压实后的初始模型进行切割，切割后试样的尺寸宽50.0mm，高100.0mm。作为水-岩接触界面，水通过颗粒间的接触进行传递，以模拟浸水试验中水的渗入过程。考虑到重力作用在水分传递中的作用，在模拟中建立了与单元位置有关的差分矩阵，并将其带入到含水量计算中。设置了三组含裂隙的模型，裂隙长10mm，宽1mm，三组模型中的裂隙倾角分别为15°、45°与 80°。与完整试样不同，该模型假定初始裂纹与试样表面贯通，含初始裂纹岩样浸水后，水将沿初始裂纹浸入岩样内部，因此裂隙处的单元含水率被设置为与表面单元一致。模拟初始阶段的含水量显示出从外部到内部的梯度变化。试样表面和碎屑颗粒的含水量趋于饱和值。试样中心区域的含水量相对较低，并保持初始状态。随着时间步长的增加，越来越多的颗粒在重力的作用下逐渐脱落，堆积在底部两侧。这与实验室试验中的颗粒沉淀现象一致。顶部含水量较高的颗粒逐渐软化并向两侧塌陷。
崩解的软岩试样可分为三部分：残余部分、软化部分和碎屑。当含水量进一步增加并达到临界崩解含水量时，颗粒的软化部分也会崩解。对于具有初始裂纹的软岩，水将同时渗透穿过软岩的内部裂纹和外部。从图中可以看出，裂纹及其周围区域的含水量较高，接近表面的含水量。由于重力作用，裂缝下方颗粒的含水量明显高于上部。与完整的软岩模型相比，含裂纹软岩的整体单位含水量更高。 MatDEM提供了很多开源代码供参考学习。最初接触MatDEM的时候，我首先查阅了刘春老师出版的专著以及案例库。其中，张晓宇同学做过的土体失水开裂案例给了我很大启发。与软岩浸水崩解类似，都是涉及到水分场的改变引起岩土体破坏。我便从这个案例入手，结合论文，琢磨每行代码的含义，这个案例对我后续理解MatDEM建模及运行有非常大的帮助。另外，我也在仿真秀官网观看过江西理工大学周桃涛同学的讲座，从中获益匪浅，他介绍了并复现了一篇关于非饱和入渗离散元建模的论文成果，该方法适用于模拟降雨入渗。基于相似案例的学习帮助我很快理解MatDEM代码及编写，这也得益于MatDEM软件的详细技术支持，让我在学习过程中能够有抓手。
基于MatDEM裂隙岩体受强降雨-卸荷耦合作用影响的数值模拟计算探索
在我初步建立了研究模型并且能够顺利运行后，对模型进行了多次的调整优化。数值模拟的目的是为了反演真实世界，与模拟对应的室内实验及现场试验结果是打磨数值模型的主要参考依据。模型的调整优化过程能够进一步帮助我加深对模型代码以及现实机制的理解。为了助力离散元技术的发展和应用、推动MatDEM用户之间的交流与学习，自2023年8月17日起，“2023MatDEM奖学金-线上讲座”正式启动，我们邀请了几位不同研究领域的获奖同学来进行讲座，届时5位优秀的同学将在仿真秀平台分享国产MatDEM离散元软件在科研和工程案例中的应用，与大家共同探讨、一起进步。
9月7日19时，东南大学岩土工程专业于海涛博士将在仿真秀官网和APP同步直播《基于MatDEM的降雨诱发红层土质滑坡数值模拟》,作者将向我们介绍基于水分场变化的红层软岩崩解破坏离散元模拟，还降雨诱发土质滑坡仿真介绍，包括非饱和入渗以及滑动机械过程等。获赞 10310粉丝 21821文章 3621课程 222
