基于Citespace的边坡离散元研究文献计量分析_刘汉雄.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202206051开放科学（资源服务）标识码（OSID）基于 Citespace 的边坡离散元研究文献计量分析刘汉雄（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，武汉430056）摘要：基于 Web of science 数据库，以 20102021 年检索的 851 篇边坡离散元期刊论文为样本，利用 Citespace 对该领域内论文发表数量、国家/地区和机构、作者和期刊以及高中心性关键词进行文献计量和可视化分析。结果表明：目前中国处于边坡离散元研究领先地位，国际合作较少，核心发文机构为中国科学院和中国地质大学；GEOTECHNIQUE 和 ENG GEOL 杂志为边坡离散元研究的代表性期刊，涉及学科主要为工程技术和地学；自 20102021 年离散元在边坡方向研究的总体发展脉络清晰，前期以完善基础知识为主，后期则着重于结合工程实际。研究结果有助于理清边坡离散元的整体研究脉络，对研究现状和热点提供分析。关键词：边坡；离散元；Web of Science 数据库；Citespace；可视化图谱中图分类号：P642.22文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)01 0063 07 0 引言离散元方法是由美国学者Cundall 教授于1979 年基于分子动力原理提出的，用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。因岩体内部存在结构面，而非完整的连续介质，故传统的有限元法或边界元法解决问题存在极大误差，而离散元方法原理简单，计算结果更接近实际情况。在近 40 年的发展中，离散元方法广泛应用于岩土、矿冶、农业、食品、化工和环境等多个相关领域。在 1986 年第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会上，王泳嘉教授首次向我国岩石力学与工程界介绍了离散元法的基本原理及几个应用例子1-2。离散元方法目前主要研究层面在于逐渐向着精细化(微观机制)和复杂化(如多场耦合)发展3。边坡离散元方法研究旨在准确模拟边坡宏观/微观的动态变化，对解决现有实际问题具有重大意义。文献计量分析型文章是基于相关数据库从不同角度如科学类别、高产作者、机构和关键词等方面对目标论点多角度分析，确定研究规律，预测研究趋势4-5。Citespace 是一款由美国德雷克塞尔大学陈超美团队开发的能够对大量文献进行可视化分析6，因其数据好获取、能快速梳理繁杂信息生成图谱，功能全面，能清晰的从各方面展现某个知识领域或学科在一定时间内的发展，目前已广泛应用于多个领域7-9。边坡离散元研究已经取得巨大发展，逐渐建立以实例为基础构建的边坡模型以解决各类问题，如预测滑坡危险性、重建滑坡演化过程、模拟滑坡的运动特性、模拟滑坡运动学过程和沉积特征、对滑坡进行力学分析、模拟颗粒柱崩塌时岩屑运动及其破坏力的评价、路堑边坡开挖稳定性及加固处治机理宏细观分析、模拟斜坡在振动试验台下的动力响应、基于能量原理的顺层路堑边坡突滑失稳机制、运用 EDEM 软件采用簇颗粒方法手动创建道砟离散元模型、评价大型边坡的破坏影响、分析岩崩和岩崩过程中的岩石破碎、基于离散元的铣挖法施工关键参数研究、预测岩崩块体轨迹及速度、柔性障碍在自然环境下的响应10-24。目前，国内已有大量边坡方向研究的综述性文章，比如从风险管理框架入手的风险管理、滑坡灾害风险区划分与预测研究、基于机器学习的区域滑坡危险性评价、边坡倾倒变形机理的稳定性分析、浅层滑坡的文献计量分析，多为对边坡风险评价或稳定性分析的论述性文章，少有关于边坡离散元研究的相关综述25-29。本文主要基于 Citespace 对近 11 年的边坡离散元研究论文提取相关信息并生成可视化图谱，以大量论文为样本，以宏观视角分析其分布及发展规律，论述其不足并给出相应建议。收稿日期：2022 09 13作者简介：刘汉雄（1985），男，湖北武汉人。高级工程师，硕士，主要从事公路与桥梁工程勘察设计工作。E-mail：。刘汉雄：基于 Citespace 的边坡离散元研究文献计量分析 63 1 数据采集与分析方法 1.1 数据采集以 WOS 核心合集数据库作为文献来源，文献类型选择Article，检索跨度为2010 年1 月2021 年8 月，检索主题为“discrete element and slope”或“distinct element and slope”为主题词检索，共得到 851 篇有效文献，将检索文献的记录内容选择为全纪录与引用的参考文献后以纯文本格式导出。1.2 分析方法将 851 条数据导入 CiteSpace 5.8.R1 软件，时间分区为 20102021 年，切片单位 1，阈值 Top50，裁剪功能根据实际网络的可读性选择寻径网络或最小生成树两种裁剪方式。对文献进行关键词共现、机构合作、作者合作、文献共引、作者共引以及期刊共引分析，得到各个方向的分析结果，绘制可视化分析图谱。2 结果分析 2.1 论文发表数量变化20102021 年边坡离散元研究在 WOS 核心文集中变化，见图 1。发文量在不同年份呈现波动性增长，总体呈上升趋势，2020 年相关专题年发文量从 36 篇增至127 篇。表明越来越多的学者使用离散元方法研究边坡，近几年相关文章逐年发文量波动性上升，预计未来十年，边坡离散元研究将登上一个新台阶。393742605672 71781019412774201020112012201320142015201620172018201920202021020406080100120140论文篇数/篇出版年份图120102021 年在 WOS 核心文集中发文量变化 由于离散元软件运算复杂，门槛较高，2012 年以前年发文量均在 40 篇以下。自 2013 年以来，研究文章逐年上升，在五年中年，发文量达到了 100 篇以上。说明目前正处于边坡离散元研究的发展期，随着年发文量的增加，也预示着该课题的相关研究正在不断深入，表明近 11 年内的研究热点主题具有重要意义。2.2 国家/地区和机构20102021 年边坡离散元研究发文国家/地区合作网络，见图 2。节点数 66 个，289 条连线，图谱中对应节点的大小反应国家/地区发文量的多少，表明共有 66 个国家/地区参与了边坡离散元研究，共有 289 次合作。合作网络密度仅为 0.137，反映出各个国家/地区之间的合作交流较少，国际资源不整合，不利于该研究方向的发展进步。发文前 10 名的国家/地区，见表 1。总结了各个国家/地区的总发文量、自 2010 年的发文起始年、中心性。近十年发文总量第一的中国发表 330 篇，占全部数量的 39%。美国发表 151 篇，位列第二，加拿大发表 71 篇。SWITZERLANDUSAITALYGERMANYPEOPLES R CHINAENGLANDIRANJAPANCANADAFRANCEAUSTRALIA图220102021 年发文国家/地区合作网络 表120102021 年发文前 10 名的国家/地区国家数量起始年中心性中国33020100.37美国15120100.28加拿大7120100.15德国6820100.12法国6720100.22英格兰6620100.15意大利5820100.09澳大利亚4820100.10日本3420110.06伊朗3320100 中心性是测量节点在网络中重要性的指标，也是作为桥梁的中介能力指标，以此衡量文献的重要性和信息控制能力，在可视化图谱中则表现为中心性大于 0.10 时节点外圈会出现紫环以作重点标注且节点亮度更加突出。中国的中心性达到了 0.37，位居列表第一，表明中国在国际合作中占主导地位，其次是美国。法国发文数量排名第五，但中心性排名第三，表明法国相关文章虽数量少但颇具代表性。参与研究的机构有 329 家，发文量前二十家机路基工程 64 Subgrade Engineering2023 年第 1 期（总第 226 期）构，见表 2。16 个来机构自中国，其余 4 个分别来自法国、伊朗、加拿大、意大利。发文量第一的机构是中国科学院，是中国自然科学最高学术机构，中心性 0.17，发文量 50 篇，其次为中国地质大学21 篇，同济大学 11 篇，前七名均为中国机构，表明中国已有多个机构在此方向进行了深入研究。前二十家发文机构中，高校占 90%，表明研究多停留在理论层面，工程应用方面还存在欠缺。表220102021 年边坡离散元研究发文机构 TOP20机构起始年中心性数量中国科学院（中国）20100.1750中国地质大学（中国）20140.0321同济大学（中国）20150.0117四川大学（中国）20160.0616成都理工大学（中国）20130.0415河海大学（中国）2018015清华大学（中国）20120.0114格勒诺布尔大学（法国）20150.0113阿米尔卡比尔理工大学（伊朗）20130.0110西南交通大学（中国）20200.0210天津大学（中国）20180.0110西蒙弗雷泽大学（加拿大）2010010中国地质科学院（中国）20120.029重庆大学（中国）20200.018浙江大学（中国）201808米兰比科卡大学（意大利）20150.017山东大学（中国）201707台湾大学（中国）20140.027中国矿业大学（中国）20120.016长安大学（中国）20190.016 边坡离散元研究发文机构图谱，见图 3。Hohai UnivSichuan UnivChina Univ GeosciChongqing UnivShandong UnivNatl Taiwan UnivTsinghua UnivChinese Acad Geol SciUniv Milano BicoccaChengdu Univ TechnolChinese Acad SciZhejiang UnivTianjin UnivSouthwest Jiaotong UnivTongji UnivAmirkabir Univ Techno图320102021 年边坡离散元研究发文机构图谱 来自同一国家的机构往往具有较多的合作关系。从机构合作（连线数量）、发文数量（节点大小）及中心性（节点外紫圈）三方面来看，中国科学院均为研究的代表性机构。美国虽发文总量排名第二，但在机构统计中前二十名却未出现美国发文机构，说明美国在边坡离散元研究机构众多，但其相关核心机构几乎没有。2.3 作者和期刊作者共线分析，主要识别团队间的合作情况及各个团队对课题的研究深度。共 365 个节点和198 条连线，合作网络密度仅为 0.003。即共有365 人进行过研究，但只有 198 次合作，超过半数作者只在此方向发表过一篇文章，以发文量为度量选取部分相关作者显示在图谱中。20102021 年边坡离散元研究发文作者合作网络，见图 4。NENGPAN JULONGQI LIDOUG STEADSHAORUI SUNJIHONG WEIHUILIN LEKAMRAN GOSHTASBISEYED SALEH BEHBAHANIKAVEH AHANGARIPARVIZ MQAREFVANDCHUN LIUCHIAMING LOMINGLANG LINJIE HULIPING LISHANGQU SUNWEI CHENCONGXIN CHENTINTING LIUYUN ZHENGDA HUANGDONGMING GUWENGANG ZHANGZHEN WANGWEIYA XUHUANLING WANGFRANCOIS NICOTFELIX DARVEZINAN LIJINGQING LVFAMING ZHANGMENGLOG DONGFENG DAITAO ZHAOGIOVANI BATTISTA CROSTAYIKUI WANGXIEKANG WANGMING LEIMENGCHIA WENGDOMINIQUE DAUDONPASCAL VILLARDVINCENT RICHEFEUGUILHEM MOLLON