土体龟裂是干旱气候作用下的一种十分常见的地质现象。这种由土体失水收缩产生的裂隙网络会显著破坏土体结构完整性，降低其力学强度，进而引发边坡失稳、地基承载力下降、土体退化、填埋场污染物泄漏等一系列工程地质与生态环境问题。掌握土体裂隙网络几何形态的发育规律和演化特征，对工程地质防灾减灾和生态环境保护具有重要的现实意义。然而由于缺乏完善的土体本构模型，传统数值模拟方法始终难以准确再现真实裂隙网络的复杂形态。
针对这一难题，必赢242net官网唐朝生教授课题组基于大量土体龟裂网络动态观测与统计分析（图1），创新性地提出了一种基于几何形态参数的随机裂隙生成模型，据此成功开发了土体龟裂网络模拟程序（Desiccation Crack Simulation Program, DCSP）（图2）。通过“裂隙起始点选取、随机路径扩展、动态交汇判定、次级裂隙衍生、裂隙网络优化”五步模拟机制，实现了土体龟裂“起始-扩展-交汇-拓宽”全周期的动态仿真（图3）。研究提出的“裂隙吸引效应”算法和裂隙宽度分级衰减模型，显著提升了模拟结果与真实土体裂隙网络形态的吻合度。该模型的另一大创新在于其独特的预测功能：基于已经部分发育的裂隙网络图像，可准确预测后续裂隙发育过程其最终的裂隙网络形态。通过对南京地区下蜀土和浦口膨胀土的实证研究表明，模型预测结果与实际裂隙网络具有高度一致性，且预测准确度随裂隙发育程度的提高而提升（图4）。该研究提出的几何模型为裂隙土相关模拟提供了一种高效的随机裂隙网络生成工具，其可靠的预测效果为极端干旱气候条件下龟裂土体工程性质研究及灾害防治提供了重要理论和技术支撑。
图1 典型土体龟裂网络动态发育过程
图2 DCSP模拟程序流程架构
图3 基于DCSP的全周期土体龟裂网络随机生成模拟
图4 基于DCSP的土体龟裂网络形态发育预测
研究成果近期以“Generating and predicting soil desiccation cracking patterns utilizing a stochastic model based on geometric parameters”为题，发表在工程地质领域顶级期刊《Engineering Geology》上，必赢242net官网博士研究生杨战鸣为论文第一作者，唐朝生教授为论文通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和长三角科技创新共同联合体攻关重大创新项目的联合资助。
论文信息：
Zhan-Ming Yang, Chao-Sheng Tang*, Tao Wang, Qing Cheng, Jun-Dong Liu, Zhi-Xiong Zeng, Zhengtao Shen. Generating and predicting soil desiccation cracking patterns utilizing a stochastic model based on geometric parameters. Engineering Geology, 2025, 353, 108122. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2025.108122
图文：杨战鸣
