重庆大学李诗琪博士：考虑块石崩解的红层土石混合体三轴试验模拟
一、研究背景
红层在我国西南地区广泛分布，以裸 露型为主。近年来，随着该地区经济发展和城市扩张，基础设施需求激增，机场、公路、铁路等大量工程相继建设。为适应山地地形，这些工程常采用“开山填谷，高挖低填”的方式平整场地，就地取材将开挖的红层土石混合体（Soil-Rock Mixture，简称SRM）用于回填。然而，红层土石混合体作为填料时，在频繁降雨等外动力作用下，回填区易出现承载力下降及沉降变形过大的问题，对施工及上部结构产生不利影响。因此，研究红层土石混合体的湿化变形特性，对指导相关工程设计施工具有重要意义。
目前针对红层泥岩崩解过程的研究多采用室内试验，数值模拟则常将其损伤演化简化为强度参数的降低。为此，基于前人相关试验研究结果，我们优化了包含粘土矿物单元和骨架单元的二维泥岩试样浸水崩解模型，实现了红层泥岩裂隙发育的随机生成，并与试验结果对比，验证了模型的可靠性。
二、建立模型
首先建立红层泥岩模型，将经过重力沉积和压实的初始模型进行切割，依据颗粒尺寸划分黏土矿物颗粒与原生矿物颗粒。模型中，水通过颗粒间接触传递，以模拟浸水试验中水的渗入过程。通过设置黏土颗粒吸水膨胀及其粘结系数降低，从细观机理层面模拟红层泥岩的崩解。之后，利用MatDEM自带的图像识别功能建立土石混合体三轴试样模型，严格按照实际试验步骤模拟饱和、固结、加载及卸荷过程。
三、模拟结果
对比崩解试验与数值模拟结果发现，数值模拟采用的颗粒间含水率传递模型能有效模拟水分在红层软岩中的传递过程。模拟结束时，软岩模型的内部损伤特征（如表面侵蚀、裂隙发展、裂隙贯通与局部崩塌）与耐崩解试验结果一致，表明所建立的软岩崩解模型能较好反映红层软岩崩解过程中的损伤演化规律，模拟效果良好。
当模拟对象由标准试件转变为单颗粒块石时，由于块石模型表面积与体积之比增大，初始渗流颗粒数量在颗粒总量中的占比上升；块石内部渗流路径变短导致水分扩散时间减少；加之表面存在软弱风化层，软岩块石的崩解比标准试件更为剧烈。模拟结束时，软岩块石模型表面发生片状残岩脱落，伴随裂隙在内部延伸发展，引起核心位置残余基体严重损伤、破碎形成小粒径块状残岩，与单颗粒块石耐崩解试验结果吻合。
此外，三轴试验模拟结果能较好反映湿化前后红层土石混合体承载力的差异。
四、学习心得
1、从实际案例入手，明确目标： 先模仿后创新。优先运行已有示例（如滑坡模拟、颗粒堆积），理解建模流程（初始化→生成颗粒→加载→计算→后处理），再针对自身需求调整。我的模型实际上是在东南大学于海涛博士、湖南大学王飞博士的模型以及官方算例基础上进行了改良，这大幅节省了时间。
2、从简化模型到复杂场景： 初期避免直接构建大规模复杂模型。可通过单轴压缩、简单滑坡等小案例掌握核心流程，再逐步添加复杂工况，有效降低试错成本。
3、加入用户社群，获取实战经验；积极参加培训与研讨会： 参与MatDEM官方QQ群或学术论坛，关注他人分享的调试技巧；学习他人复现文献的代码框架，避免重复造轮子。同时关注MatDEM培训会，系统学习高级功能，利用线上答疑解决问题。在此，我再次感谢王飞博士以及MatDEM团队的帮助。
五、2025MatDEM奖学金讲座
以第一作者的身份在《Transportation Geotechnics》发表一篇一区SCI论文；
以第一作者的身份在《Bulletin of Engineering Geology and the Environment》发表一篇二区SCI；
完成博士学位论文《湿化作用下土-红层泥岩混合料力学特性及损伤模型研究》。
1、红层泥岩水致崩解模拟
2、土石混合体模型构件
3、土石混合体三轴试验模拟方法
4、MatDEM软件学习心得
5、技术交流和答疑
