在干旱气候条件下，土体龟裂是一种普遍存在的自然现象。裂隙的产生会显著破坏土体结构完整性，导致其工程力学性能急剧劣化，进而诱发边坡失稳、土体退化等一系列工程地质与环境地质问题（图1）。尽管大量试验与野外观测已证实土体表面瑕疵结构（如砂粒、气泡、微坑等）是裂隙优先发育的位点，但由于传统试验技术难以实时捕捉干缩过程中土体内部应力场的动态演化，关于瑕疵结构触发龟裂的微观力学机制仍存在理论空白。

针对这一科学难题，必赢242net官网唐朝生教授课题组创新地采用离散单元法（DEM）构建了耦合土体干缩变形与表面蒸发的数值模型（图2），通过系统模拟含不同尺寸、空间分布及数量配比表面瑕疵的土样干燥过程，定量揭示了表面瑕疵在干缩裂隙形成与发展过程中的关键作用。研究发现，瑕疵点在其周围约2.5倍直径范围内可引发显著的主拉应力集中，进而形成弧形微裂隙，并最终演化为典型的“Y”型裂隙（图3）。一旦已有裂隙进入该影响区，裂隙路径将发生偏转并逐步向瑕疵点汇聚，表现出明显的“裂隙吸引”效应（图4）。此外，表面瑕疵还会打破均质土体中裂隙的级序发育规律，导致裂隙网络呈现出正交与非正交形态共存的特征。该成果首次定量揭示了表面瑕疵结构对土体应力场与开裂模式的主控作用机制，阐明了结构非均质性如何改变裂隙形态与演化路径。这一认识不仅拓展了土体龟裂的理论基础，也为边坡工程、填埋场覆盖层等涉裂结构设计提供了重要科学支撑。

研究成果近期以“Process and Mechanism of Soil Desiccation Cracking Triggered by Surface Defects Based on DEM Modeling”为题，发表于国际地学权威期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》，论文第一作者为必赢242net官网博士后王涛，通讯作者为唐朝生教授。研究工作获得国家自然科学基金和江苏省自然科学基金的联合资助。

论文信息：

 Wang, T., Tang, C.‐S., Liu, W.‐J., Cheng, Q., & Zeng, Z.‐X. (2025). Process and mechanism of soil desiccation cracking triggered by surface defects based on DEM modeling. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 130, e2024JF008121. https://doi.org/10.1029/2024JF008121

图1土体龟裂诱发典型工程地质与环境地质灾害示意图

图2 离散单元法模拟土体干缩开裂示意图

图3 瑕疵点附近的微裂隙发育、位移场与应力场

图4 瑕疵点对应力场与开裂模式的主控作用：（a）对主拉应力场的影响；（b）对裂隙的吸引作用