地质和岩土工程领域的很多问题都涉及到大变形破坏、水热力等多场耦合作用，如滑坡灾害、岩浆侵入、隧道开挖和水力压裂，等。离散元法可以有效地分析大变形破坏过程，但其多场耦合理论还亟待发展。近期，南京大学地球科学与工程学院地质工程团队关于土体多场耦合离散元数值方法的论文发表于Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，为岩土体复杂问题的机理认识和工程分析提供新的手段。
图1（a）土体多场耦合离散元模型和（b）模型内部水分迁移示意图
论文基于离散元法和有限差分思想，提出了土体的多场耦合离散元模型，实现了土体表面蒸发失水、非饱和状态的水分迁移、单元干燥收缩和强度变化、裂隙网络发展全过程的精细数值分析，成功再现了裂隙网络的渐进发展过程，并验证了所提出模型的有效性。通过数值分析发现：非均匀的水分分布表明裂隙会通过增加土-气界面面积的方式加剧蒸发；层厚、蒸发强度和土-基底相互作用会影响干燥收缩与开裂之间的平衡，对裂隙分布有着重要影响。
图2薄层黏性土试样中水分分布变化模拟结果图
相关成果近期以“Numerical Simulation of Desiccation Cracking in Clayey Soil Using a Multifield Coupling Discrete-Element Model”为题，发表于岩土工程与地质环境领域国际顶级期刊Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering上，论文第一作者为南京大学地球科学与工程学院硕士生乐天呈，通讯作者为刘春副教授，共同作者包括施斌教授和唐朝生教授，等。此方法也应用于课题组的地面沉降研究，相关论文近期已被水科学领域顶级期刊Water Resources Research录用。该研究工作得到了国家自然科学基金国际合作研究和面上项目的资助和支持。
论文链接：
https://ascelibrary.org/doi/full/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002747
论文多场耦合方法已在课题组的矩阵离散元系统中实现，并公开共享使用，为学术和工业界提供自主原创的数值分析技术支撑。基于这一系统，2021年已有22篇学术论文发表，其中4篇论文发表一区SCI期刊。论文发表单位包括长安大学，成都理工大学，吉林大学，南京大学，清华大学，上海交通大学，四川大学，同济大学，中国矿业大学，中国地质大学等。
2021年各单位基于矩阵离散元发表的22篇论文：
