土体龟裂是气候作用下一种常见的自然现象，裂隙的存在会极大弱化土体的工程性质，从而导致各种工程地质灾害与环境问题。在自然气候作用下，土体会经历干燥-收缩-遇水-膨胀等多重阶段，导致裂隙呈现周期性的“张开-愈合”行为。然而，在以往的研究中，裂隙的张合行为常被忽视。
基于大量室内试验，冰球官网唐朝生教授课题组精确捕捉到裂隙几何参数在干/湿路径下的细微变化，发现裂隙的张合行为并非简单的可逆过程，而是表现出复杂的动态滞回特征（Crack Dynamic Hysteresis, CDH）。具体而言，即使在相同含水率条件下，干燥路径与湿润路径下的裂隙几何参数（包括开度和延伸深度等）均存在明显差异。在此基础上，课题组提出了一种考虑裂隙滞回效应的基质-裂隙双域动态渗流理论模型，通过引入裂隙动态函数，进一步构建了考虑气候-裂隙协同作用的边坡稳定性分析模型（图2）。在力学场计算中，采用改进的弹性模型求解边坡应力分布。基于局部稳定性分析方法，该模型能够计算空间域内各点的局部安全系数，定量评估裂隙层动态演化对边坡整体稳定性的影响，从而揭示裂隙演化与水分重分布间的非线性耦合关系。研究结果表明，滞回效应导致裂隙率空间分布呈现高度随机性，季节性集中降雨作为“催化剂”，进一步加剧了裂隙演化的复杂性。若在边坡稳定性评估中忽视裂隙滞回现象，将低估干燥阶段的边坡稳定性，并高估湿润阶段的边坡稳定性，且这种误差随干湿循环轮次的增加而增大（图3）。这些发现对揭示裂隙性边坡的灾变机制提供了重要的科学支撑，为极端气候作用下裂隙性土体灾害防控奠定了重要理论基础。
研究成果近期以“Exploring the Hysteresis Effects of Climate‐Induced Desiccation Cracks on Slope Stability: New Insights From Experimental and Numerical Studies”为题，发表于国际著名期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》，冰球官网硕士生陈霄颖为论文第一作者，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、江苏省自然科学基金和长三角科技创新共同体联合攻关重大创新项目的联合资助。
论文信息：Chen, X.-Y., Tang, C.-S., Luo, Y., Vahedifard, F., Tian, B.-G., Wang, T., et al. (2025). Exploring the hysteresis effects of climate-induced desiccation cracks on slope stability: New insights from experimental and numerical studies. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 130, e2024JF008085. https://doi.org/10.1029/2024JF008085
图1裂隙动态演化对边坡稳定性影响及裂隙滞回效应概念
图2基于COMSOL与MATLAB构建的考虑滞回效应的裂隙动态演化模型概述
图3有无滞回效应下的边坡稳定性空间分布：（a）干燥阶段；（b）湿润阶段
审核：陈天宇
