CoSim-MPDEM 新功能—冰、雪崩动力过程分析
冰、雪崩是冰川、冰崖及积雪山区常见的失稳现象。悬出崖口的冰体或积雪在自重作用下折断坠落，并沿谷底滑动堆积，可能对下游区域的生命财产安全和生态环境造成严重威胁。2026年8月26日，喜马拉雅山脉朗塘里仑峰的北侧山坡发生冰岩崩，给中、尼双方带来了重大人员伤亡和经济财产损失。冰、雪崩的破裂与运动过程中包含冰雪内部的塑性屈服、崖口折断、落体冲击以及冰雪与基岩床面的接触问题等，因此实现冰、雪崩全过程的数值模拟，对认识冰、雪崩失稳机理及灾害动力过程具有重要的意义。
传统网格类方法在冰雪折断后的大变形过程中容易出现网格畸变，也难以处理冰雪与基岩之间的接触问题。CoSim-MPDEM软件是针对物质点法（MPM）在连续大变形、流动等方面的强大能力，以及离散元法（DEM）在复杂颗粒/块体、破裂及复杂形态接触等方面的优势，开发的MPM与DEM耦合模块，主要用于解决可变形材料与复杂边界及块体之间的相互作用问题，适用于岩土体大变形、流动及防灾减灾等问题的研究分析。
在CoSim-MPDEM软件中，MPM的材料本构类型加入了修正剑桥模型（MCC）。修正剑桥模型适用于岩土材料，以封闭屈服面同时反映等向压缩与剪切屈服。经典形式按关联流动更新应力，平均应力会随塑性变形而变化。但是，冰的抗拉强度远低于抗压强度，折断时的塑性流动更接近在保持平均应力的前提下，把偏应力收回屈服面。而积雪则不同，雪在压密过程中体积明显减小，塑性体应变会推动压缩帽变化，流动仍宜取关联形式。因此，直接沿用土体参数和同一种流动法则，难以同时表现冰崖折断和积雪压密滑动。
因此，CoSim在修正剑桥模型中扩充了冰、雪的本构模型。两者的屈服面都采用“Scaled”形式，拉伸侧的屈服限度由拉压强度比确定，使低围压下的拉伸与剪切先于深部压缩达到屈服。冰的塑性势采用“QProjection”：塑性修正中保持平均应力不变，只把偏应力收回屈服面，折断由剪切屈服控制，平均应力不随塑性流动同步漂移。雪的塑性势采用“Associated”：塑性流动沿屈服面外法线方向，塑性体应变进入硬化律并更新压缩帽，从而反映积雪的压密、硬化以及随后的剪切滑动。
常用的冰本构参数如下：
matPara = {"E": 1.0e9, "Pois": 0.3, "Dens": 900, "M": 1.4, "TenCompRatio": 0.3, "P0":1.67e6,"Hardening": 3, "YieldSurface": "Scaled", "PlasticPotential": "QProjection"}
sim.MPMMaterial("MCC", "ice", matPara)
常用的雪本构参数如下：
matPara = {"E": 3.0e6, "Pois": 0.3, "Dens": 250, "M": 1.5, "TenCompRatio": 0.3, "P0": 3.0e4, "Hardening": 10, "YieldSurface": "Scaled", "PlasticPotential": "Associated"}
sim.MPMMaterial("MCC", "snow", matPara)
采用CoSim-MPDEM计算了冰崩案例，以MPM模拟冰体，以DEM模拟基岩。冰体高40 m，接地段长18 m，悬出段长12 m，直立于高50 m的平台边缘。以下视频展示了该算例中冰体 位移变化情况和等效塑性应变变化情况。
计算结果表明，塑性区首先出现在悬出段与接地段交界的崖口附近，并由下部向上发展，逐渐形成贯通的折断带。折断带左侧冰体留在平台上，右侧临空冰体失去支撑，在自重作用下发生坠落，约4 s时前端抵达谷底。撞击谷底后坠落体逐渐破碎，碎冰沿谷底向前铺展。至20 s时，整体运动基本稳定，约一半冰体仍留在平台上，下部堆积体前缘约为崖脚前方50 m。综上所述，CoSim-MPDEM结合上述冰雪本构，可以再现冰、雪崩分析中的局部折断、坠落冲击与谷底堆积过程，证明了CoSim-MPDEM在该类问题中的强大优势。
