北京科技大学姜鑫：MatDEM边坡降雨入渗模型代码讲解

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导读：大家好，我叫姜鑫，来自北京科技大学。在这里我想与大家分享我学习MatDEM的过程与一些心得。首先要感谢我的导师周晓敏老师，以及南京大学的刘春老师，在他们的帮助与指导下我才能结识与学习MatDEM。

一、我与MatDEM结缘

我与MatDEM的初识是在今年的6月，当时我在钻研另一款离散元软件，但苦于资料以及相关教程的的缺乏，一直难以上手，科研进度缓慢。某天我的导师发给了我一个视频，是刘春老师的“颗粒离散元法工程应用的三大问题探讨”。在看完该视频后，有种豁然开朗的感觉。视频中刘老师深入浅出地讲解了离散元特点与MatDEM的基本原理，让我受益匪浅。遂转学MatDEM,在慕课与仿真秀官网上有着大量的教学视频资料，十分利于初学者上手。

并且我加入了MatDEM的学习群组，群里有着很多热心帮助他人的伙伴，该边坡降雨模型也是最初由群里一位伙伴提出的问题“如何用MatDEM模拟边坡降雨”而来，我提出了一个粗略可行的思路，后来在刘春老师的鼓励下，才写出了这组代码。在建模过程中往往会遇到很多的问题，但是大部分都会在视频教程有答案，少数问题也可以在学习群中很快得到回复。下面分享一些有助于初学者快速入门的一些学习心得。

二、我的MatDEM学习心得 

1、模块化整合

在用MatDEM编写较为大型的模拟时，往往有着数百行的代码，出错时面对密麻麻的代码很难找到错误点。因此在代码编写时，就要注意到将相似功能的代码整合在一处，这样便于快速查找错误点。同时清晰明了的注释，也是有助于思考的好方法，否则过几日便会忘了当初自己这几串代码是做什么的。

如下图，边坡切割形状的代码用点线分割，当边坡形状出现错误时，即可快速找到这段代码进行修改。

图1-代码编写

2、他山之石，可以攻玉

在遇到实在难以啃下的硬骨头时，可以尝试着与MatDEM学习群中的小伙伴们进行交流。往往他人的一个小思路会让你柳暗花明又一村。但这并不是鼓励大家一旦有任何问题，不经过自己苦思便四处询问，这对于个人独立解决问题能力的提升毫无益处。

MatDEM就像游戏MineCraft一样，有着极高的自由度，这也意味着它有着无限的可能性，它既可以模拟陨石撞击地球，也可以模拟试块们在柔性网上欢乐地蹦跶，但这也对于使用者对于各项运行数据与模拟思路的熟稔程度有了一定的要求。MatDEM软件自带的示例库就是一个宝藏空间，无数模拟需求都可以从它们中汲取出思路，大家初学时，不妨多看看这些示例代码，对多数模拟状况做到心中有数。 

3、文武之道一张一弛

模拟过程不是一蹴而就的，往往要经历无数次的修改，随之而来的焦躁与懊恼使人不得开心颜，甚至产生自己是否还适合这条科研路的自我怀疑。这时候可以考虑放下手中的代码，出去跑两圈、喝杯奶茶给疲惫的大脑补充一些糖分，或许灵感与解决方案就会在第二天悄然入脑来。

 三、案例演示—边坡降雨入渗模型

1、采用MatDEM软件堆积出颗粒，再使用剪切工具切出边坡形状。

图-2

2、使用二维模型表面搜索代码逐步找寻出边坡表面，确定降雨面。

图-3

3、使用黑白图像法找出非规则区域单元——裂缝与水塘

图-4

4、通过nball矩阵获得中心单元与其邻居单元的纵坐标差分矩阵以及含水率差分矩阵。

图-5 获得含水率差分矩阵示意

在进行模拟前选定好需要监测的区域

图-6监测区域单元示意

模拟后获得的监测单元含水率变化曲线

图7-监测单元含水率变化曲线

 图8-边坡降水结果云图

 三、公开课—边坡降雨入渗模型代码讲解

以上是笔者基于MatDEM边坡降雨入渗模型的讲解，受仿真秀平台邀请，11月19日20时，笔者将在2020年MatDEM创新讲座第四期公开直播MatDEM边坡降雨入渗模型代码讲解，欢迎志同道合的同学（离散元技术学习者）和老师（科研工作者）前来交流，如果不当欢迎批评指正，以下是我的讲课大纲(讲课PPT可以点击文章末尾阅读原文下载)。点击图片可以报名直播，可以反复观看

作者：姜鑫，北京科技大学硕士研究生，仿真秀专栏作者

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