滑坡漸進(jìn)破壞運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顆粒流仿真模擬

王 宇，李 曉，王聲星，侯文詩(shī)

滑坡漸進(jìn)破壞運(yùn)動(dòng)過(guò)程的顆粒流仿真模擬

王 宇1，2，李 曉1，王聲星1，2，侯文詩(shī)1，2

（1.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所工程地質(zhì)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

采用顆粒流離散元模擬滑坡的變形破壞全過(guò)程，不需要假定滑動(dòng)面的位置和形狀，顆粒根據(jù)所受到的接觸力調(diào)整其位置，最終從抗剪強(qiáng)度最弱面發(fā)生剪切破壞。白河滑坡是受強(qiáng)降雨影響誘發(fā)的上部順層、下部微切層的大型古基巖滑坡，滑坡的發(fā)生是其獨(dú)特內(nèi)外因共同作用的結(jié)果。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，總結(jié)了滑坡的成因與形成機(jī)制。運(yùn)用基于離散元法的顆粒流（PFC）程序，引入平行粘結(jié)模型，通過(guò)數(shù)值模擬，確定滑帶土細(xì)觀(guān)參數(shù)與宏觀(guān)力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系；據(jù)此建立滑坡模型；然后，運(yùn)用顆粒流離散元法對(duì)滑坡運(yùn)動(dòng)漸進(jìn)全過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)滑坡不同關(guān)鍵部位進(jìn)行位移、孔隙率變化及應(yīng)變監(jiān)測(cè)，闡明其漸進(jìn)發(fā)展過(guò)程，明確其時(shí)空演化規(guī)律。模擬結(jié)果表明：上部的土體沿基巖面先出現(xiàn)開(kāi)裂，導(dǎo)致中部滑體產(chǎn)生剪脹，對(duì)下部古滑體產(chǎn)生推擠作用，導(dǎo)致新老崩積堆積區(qū)及白河中學(xué)食堂地區(qū)的失穩(wěn)，形成整體滑動(dòng)。通過(guò)對(duì)白河滑坡發(fā)生→發(fā)展→破壞的動(dòng)態(tài)演化模擬，可為工程決策提供理論依據(jù)。

滑坡；顆粒流（PFC）；數(shù)值模擬；漸進(jìn)破壞；平行粘結(jié)模型

1 研究背景

滑坡破壞通常并不是一蹴而就的，而是一個(gè)巖土體隨時(shí)間而緩慢變形和突發(fā)性崩塌的過(guò)程，該過(guò)程具有時(shí)空漸進(jìn)性。邊坡工程界對(duì)這種現(xiàn)象引起重視是在20世紀(jì)60年代末，由Skempton［1］首次提出了邊坡漸進(jìn)破壞的概念，并指出邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象往往并不是在同一時(shí)間滑面上各點(diǎn)一起達(dá)到極限狀態(tài)的，最可能的模式是從一個(gè)局部開(kāi)始破裂，然后向其他各部分發(fā)展，最后形成整體滑動(dòng)。由于滑坡漸進(jìn)破壞過(guò)程的復(fù)雜性，較真實(shí)地反演邊坡漸進(jìn)從局部發(fā)生到貫穿整個(gè)邊坡的過(guò)程相對(duì)比較困難，國(guó)內(nèi)外學(xué)者多是采用數(shù)值模擬手段［2－6］，借助先進(jìn)軟件如FLAC，DDA及UDEC進(jìn)行模擬分析。然而，滑坡體作為一種復(fù)雜的地質(zhì)體（屬于非連續(xù)介質(zhì)），坡體的不同部位其力學(xué)性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)、位移的規(guī)律等是不同的。應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)分析程序（如FLAC）進(jìn)行模擬分析并不是最優(yōu)的選擇；尤其在對(duì)主要成分為土石混合體的堆積層滑坡進(jìn)行模擬分析時(shí)，土石混合體由于具有高度非均質(zhì)、非連續(xù)、非線(xiàn)性等特點(diǎn)，在力學(xué)特性上表現(xiàn)出顯著的獨(dú)特性，導(dǎo)致堆積層滑坡與土質(zhì)或巖質(zhì)滑坡有不同的演化模式與變形破壞特征，應(yīng)用塊體離散元程序（UDEC，DDA）進(jìn)行分析準(zhǔn)確性差，甚至不能準(zhǔn)確地反映其變形演化過(guò)程。

鑒于上述情況，本文采用二維顆粒流程序（Particle Follow Code PFC2D）數(shù)值模擬新技術(shù)，研究土石混合體滑坡的變形過(guò)程應(yīng)更為恰當(dāng)。PFC2D程序可用于顆粒團(tuán)粒體的穩(wěn)定、變形及本構(gòu)關(guān)系等力學(xué)性態(tài)的分析，專(zhuān)門(mén)用于模擬固體力學(xué)大變形問(wèn)題。它通過(guò)圓形（或異型）離散單元來(lái)模擬顆粒介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用。本文首先采用顆粒PFC2D程序，通過(guò)雙軸壓縮數(shù)值試驗(yàn)，確定滑帶土細(xì)觀(guān)參數(shù)與宏觀(guān)力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，得到給定細(xì)觀(guān)力學(xué)參數(shù)試樣的宏觀(guān)力學(xué)反映；然后，引入平行粘結(jié)模型，通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)建立滑坡地質(zhì)模型，模擬分析白河滑坡發(fā)生、發(fā)展、漸進(jìn)破壞的全過(guò)程。

2 顆粒流程序PFC2D簡(jiǎn)介

PFC2D程序是基于離散單元法來(lái)模擬圓形顆粒介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)及其相互作用的。土的結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)由單粒、集?；蚰龎K等骨架單元共同形成的結(jié)構(gòu)體系，這些體系之間的黏結(jié)關(guān)系，即嵌固咬合狀態(tài)、組合特征及散粒體的強(qiáng)度性質(zhì)、大小等影響著材料的應(yīng)力和變形的非線(xiàn)性關(guān)系。這些離散的顆粒僅在接觸部分受力，當(dāng)接觸點(diǎn)受到的作用力大于接觸強(qiáng)度時(shí)，這些顆粒相互分離，使模型物體發(fā)生變形或位移［7－9］。PFC顆粒流離散元是位移分析法，顆粒流理論在整個(gè)計(jì)算循環(huán)過(guò)程中，交替應(yīng)用力－位移定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律，通過(guò)力－位移定律更新接觸部分的接觸力，通過(guò)運(yùn)動(dòng)定律，更新顆粒與墻邊界的位置，構(gòu)成顆粒之間的新接觸。

3 平行粘結(jié)接觸本構(gòu)模型

在PFC2D中，材料的本構(gòu)特性是通過(guò)接觸本構(gòu)模型來(lái)模擬的。顆粒的接觸本構(gòu)模型有：①接觸剛度模型；②滑動(dòng)模型；③粘結(jié)模型。接觸剛度模型提供了接觸力和相對(duì)位移的彈性關(guān)系，滑動(dòng)模型則強(qiáng)調(diào)切向和法向接觸力使得接觸顆?？梢园l(fā)生相對(duì)移動(dòng)，而粘結(jié)模型是限制總的切向和法向力使得在粘結(jié)強(qiáng)度范圍內(nèi)發(fā)生接觸。PFC2D提供了2種粘結(jié)模型，即：接觸粘結(jié)模型（Contact-bond model）和平行粘結(jié)模型（Parallel-bond model）。接觸粘結(jié)認(rèn)為粘結(jié)只發(fā)生在接觸點(diǎn)很小范圍內(nèi)，而平行粘結(jié)發(fā)生在接觸顆粒間圓形或方形有限范圍內(nèi)。接觸粘結(jié)只能傳遞力，而平行粘結(jié)同時(shí)能傳遞力矩［10－11］。

平行粘結(jié)模型是由法向剛度ˉkn、切向剛度ˉks、法向強(qiáng)度ˉσc、切向強(qiáng)度ˉτc和粘結(jié)半徑ˉR這5個(gè)參數(shù)定義的。與平行粘結(jié)相對(duì)應(yīng)的總接觸力和力矩用ˉFi和ˉM3表示，根據(jù)習(xí)慣，總的接觸力和力矩表示平行粘結(jié)在顆粒B上的作用，如圖1所示。可以將總的接觸力沿接觸面分解為切向分量和法向分量，即

圖1 顆粒間平行粘結(jié)模型Fig.1 Parallel-bond model for particles

當(dāng)粘結(jié)形成時(shí)，ˉFi和ˉM3均初始化為零，以后在接觸處由位移增量和旋轉(zhuǎn)增量引起的彈性力和力矩的增量將迭加在當(dāng)前值中。在一個(gè)時(shí)步Δt內(nèi)，轉(zhuǎn)化為彈性力和彈性力矩增量，如式（3）和式（4）所示。

式中：ˉkn，ˉks分別為平行粘結(jié)的法向剛度和切向剛度；ni為接觸點(diǎn)法向矢量；A為平行粘結(jié)截面面積；I為接觸面相對(duì)于過(guò)接觸點(diǎn)沿Δθ3方向軸的慣性矩；V為粘結(jié)速度。有了力和力矩的初值及增量，得到新的力和力矩力為

根據(jù)梁理論分析，在平行粘結(jié)周?chē)植嫉淖畲罄瓚?yīng)力和最大剪應(yīng)力分別為

當(dāng)最大張應(yīng)力和最大剪應(yīng)力分別超過(guò)法向與切向粘結(jié)強(qiáng)度時(shí)，平行粘結(jié)發(fā)生破壞。相應(yīng)地，在滑坡破壞過(guò)程中表現(xiàn)為張拉破壞和剪切破壞。

4 工程實(shí)例分析

4.1 滑坡工程地質(zhì)概況

白河滑坡位于河南省嵩縣白河鄉(xiāng)白河街南山北坡上，為一大型古基巖滑坡。在上世紀(jì)20年代曾發(fā)生過(guò)滑動(dòng)，隨后在20世紀(jì)70—80年代又相繼出現(xiàn)裂隙與變形。受2010年7月3日至24日強(qiáng)降雨的影響，斜坡中下部古滑坡部分復(fù)活［12］。滑坡體平面總體上呈圈椅狀，后緣呈弧形，側(cè)緣呈扇形展開(kāi)，前緣呈弧形?；潞缶壐叱碳s655 m，前緣剪出口高程約551 m，滑坡前緣寬200 m（不包括影響區(qū)），后緣寬600 m?；缕骄露燃s30°，滑動(dòng)主滑方向45°，縱向長(zhǎng)度約710 m，面積40 426 m2，厚度7～25 m，按平均厚度15m計(jì)算，滑坡體積約580 000× 104m2?；聟^(qū)出露基巖為上元古界寬坪群角山片巖，上部覆蓋層地層巖性為新生界第四系上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土夾碎塊石。邊坡工程地質(zhì)剖面圖見(jiàn)圖2，室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2 滑坡影響因素及成因機(jī)制分析

圖2 白河滑坡地質(zhì)縱剖面示意圖Fig.2 Geological profile of the Baihe landslide

白河滑坡的發(fā)生是其獨(dú)特內(nèi)外因共同作用的結(jié)果，坡體臨空、巖層產(chǎn)狀上陡下緩、順向坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖性軟硬相間、棋盤(pán)格式的裂隙網(wǎng)絡(luò)、不良的地表排水條件等為內(nèi)因，長(zhǎng)期持續(xù)的強(qiáng)降雨入滲則是其外部誘因。斜坡變形破壞模式屬于孔隙水壓力誘發(fā)的平推式地質(zhì)模式，強(qiáng)降雨是滑坡的觸發(fā)因素。白河滑坡具有“推落式”力學(xué)性質(zhì)與特點(diǎn)，表現(xiàn)為：

（1）滑坡變形最先發(fā)生于坡體的上部，而后逐漸由上向下傳遞或擴(kuò)展，最終導(dǎo)致古滑坡的復(fù)活。根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，后緣裂隙不斷擴(kuò)展。

（2）坡體發(fā)育于“靠背椅狀”順向坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)?；碌摹皠?dòng)力”主要源自坡體下部“阻滑段”自重“喪失”、抗滑力“損失”及中上部“下滑段”的推動(dòng)。

（3）從滑坡整體來(lái)看，滑坡區(qū)存在層間錯(cuò)動(dòng)帶和前緣緩傾角裂隙性斷層，這些因素會(huì)使滑坡區(qū)形成貫穿滑動(dòng)面，持續(xù)的降雨不斷入滲滑體內(nèi)，滲透水壓力不斷增大，對(duì)坡體起平推作用。

4.3 數(shù)值試樣試驗(yàn)

由于沒(méi)有具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)建立巖土宏觀(guān)力學(xué)參數(shù)和細(xì)觀(guān)力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，而宏觀(guān)參數(shù)又不能直接應(yīng)用于PFC2D中，而雙軸壓縮數(shù)值試驗(yàn)可以得到給定細(xì)觀(guān)力學(xué)參數(shù)試樣的宏觀(guān)力學(xué)反映。降雨是白河滑坡的主要誘因，因滑坡由土石混合體構(gòu)成，混合體空隙大，降雨使滑坡自重增加；另外，滑帶土在飽水作用下發(fā)生軟化，抗剪強(qiáng)度降低，使坡體不斷產(chǎn)生蠕滑－拉裂變形至失穩(wěn)。因此，獲得滑帶土飽和殘剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（表1）相當(dāng)?shù)募?xì)觀(guān)力學(xué)參數(shù)是模擬分析工作的關(guān)鍵。建立雙軸壓縮試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，模型尺寸?0 mm×20 mm，見(jiàn)圖3。在雙軸數(shù)值模擬試驗(yàn)中，設(shè)定顆粒半徑由不同半徑的顆粒單元組成。半徑R的分布采用從Rmin到Rmax的高斯分布，輸入?yún)?shù)接觸強(qiáng)度分別取通過(guò)各種比較模擬，反復(fù)調(diào)試顆粒微觀(guān)參數(shù)，使其能夠反映巖土體的宏觀(guān)力學(xué)參數(shù)，與室內(nèi)滑帶土飽水殘剪試驗(yàn)相吻合。以粉質(zhì)黏土數(shù)值試驗(yàn)為例，PFC2D模型輸入?yún)?shù)見(jiàn)表2。

圖3 雙軸壓縮數(shù)值試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.3 The biaxial compression testmodel

表2 PFC2D模型輸入?yún)?shù)Table 2 PFC2Dmodel parameters of landslide

根據(jù)表2參數(shù)，由程序模擬可以得到典型粉質(zhì)黏土在輸入圍壓下的全應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)，典型應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)如圖4所示，與室內(nèi)試驗(yàn)相吻合。

5 滑坡漸進(jìn)破壞數(shù)值模擬分析

5.1 計(jì)算模型的建立

采用由數(shù)值試樣試驗(yàn)得到的細(xì)觀(guān)參數(shù)（見(jiàn)表3）建立計(jì)算模型（圖5），顆粒間采用顆粒元程序中的平行粘結(jié)模型，該模型不但能抗拉、抗剪，還能承受彎矩，能很好地模擬具有黏聚力的巖土材料。強(qiáng)、弱風(fēng)化角閃片巖層的細(xì)觀(guān)參數(shù)通過(guò)工程類(lèi)比及試算獲得。不同顆粒間的接觸面可以看作是巖體中的節(jié)理。邊界墻體法向剛度取kn＝1.0×108N／m，切向剛度ks＝1.0×108N／m，摩擦系數(shù)為0.5，粉質(zhì)黏土天然重度γ＝19.8 kN／m3，讓顆粒在自重作用下計(jì)算達(dá)到平衡狀態(tài)，從而模擬得到滑坡的初始應(yīng)力場(chǎng)（見(jiàn)圖6）。黑色線(xiàn)代表顆粒間壓應(yīng)力，線(xiàn)愈粗，代表壓應(yīng)力愈大，最大應(yīng)力位于滑坡底部，經(jīng)試算和實(shí)際相況基本一致。

表1 土工試驗(yàn)參數(shù)Table 1 Physical-mechanical parameters of soil specimens

圖4 試樣全應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.4 Complete stress-strain curve of soil specimens

表3 巖土體微觀(guān)參數(shù)取值Tab le 3 M icro-parameters of rock soilmass

圖5 數(shù)值計(jì)算模型圖Fig.5 Numerical calculation model

平均不平衡接觸力變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖7，從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)迭代運(yùn)算后，體系最大不平衡接觸力隨迭代計(jì)算的運(yùn)行，逐漸逼近于0，表明體系最終達(dá)到了力平衡狀態(tài)，滑坡的初始應(yīng)力場(chǎng)已形成。接下來(lái)就可以用表3中的與滑帶土飽和殘剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)相當(dāng)?shù)募?xì)觀(guān)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行漸進(jìn)破壞的模擬分析。

圖6 滑坡初始應(yīng)力場(chǎng)Fig.6 Initial stress field of the landslide

圖7 平均不平衡接觸力Fig.7 Curve of average unbalance force

5.2 模擬結(jié)果及分析

采用PFC2D程序?qū)碌淖冃魏臀灰七M(jìn)行計(jì)算，對(duì)滑坡發(fā)生、發(fā)展的全過(guò)程進(jìn)行仿真模擬。在模擬過(guò)程中，分別對(duì)坡頂、頂中和頂?shù)走M(jìn)行位移變形監(jiān)測(cè)、孔隙度及最大剪應(yīng)力－剪應(yīng)變監(jiān)測(cè)，以追蹤滑坡漸進(jìn)破壞的全過(guò)程。

模擬計(jì)算到5 000時(shí)步時(shí)，如圖8（a），坡頂面出現(xiàn)拉張拉裂隙，并且裂隙有不斷擴(kuò)張的趨勢(shì)，說(shuō)明坡體開(kāi)始發(fā)生破壞。到達(dá)10 000時(shí)步時(shí)，如圖8（b），因坡腳位移增大，導(dǎo)致上部裂隙擴(kuò)大，滑移加劇，顆粒間的接觸變得不規(guī)則，滑坡中部出現(xiàn)鼓脹變形，坡體中出現(xiàn)剪切滑動(dòng)，滑坡上部顆粒翻滾滑落。到達(dá)20 000時(shí)步時(shí)，如圖8（c）堆置體中部出現(xiàn)剪切滑動(dòng)，底部顆粒受上部重壓開(kāi)始錯(cuò)位，整個(gè)滑體間顆粒粘結(jié)破壞效應(yīng)進(jìn)一步加劇，但滑坡后緣滑移長(zhǎng)度并未發(fā)生明顯變化，說(shuō)明滑坡處于蠕滑變形階段，由于坡體下部的鎖固作用，中部鼓脹變形加劇。到達(dá)31 000時(shí)步時(shí)，裂隙遍布滑坡體，分布規(guī)律是滑坡前緣和滑面裂隙密集，滑體內(nèi)中部裂隙稀疏，滑體產(chǎn)生了大幅的滑動(dòng)變形，后緣與原坡面線(xiàn)相比，產(chǎn)生明顯錯(cuò)落，見(jiàn)圖8（d）。

圖8 滑坡隨時(shí)步變形情況Fig.8 The deform ation at different time-steps

隨計(jì)算時(shí)步的增加，滑坡變形不斷增大，滑坡破壞始于后緣的拉張裂隙，裂隙擴(kuò)大在重力作用下推動(dòng)下部滑體滑移，滑坡變形經(jīng)歷了后緣拉裂、蠕滑、變形加劇的過(guò)程。圖9為滑坡剪切帶貫通時(shí)的位移圖，滑坡沿基巖面發(fā)生向下的滑移破壞。

圖9 滑坡位移矢量圖Fig.9 Displacement vectors of the landslide

模擬分析時(shí)顆粒間接觸模型采用顆粒元程序中的平行粘結(jié)模型，該模型不但能抗拉、抗剪，還能承受彎矩，可以很好地反映顆粒的變形情況。滑坡剪切帶漸進(jìn)展過(guò)程中平行粘結(jié)力的變化情況，模擬時(shí)步較小時(shí)，坡體內(nèi)平行粘結(jié)力以拉為主，剪切力較小，時(shí)步增加時(shí)，平行粘結(jié)力發(fā)展為以剪力為主，隨著計(jì)算時(shí)步的為斷加大，剪切滑動(dòng)面向貫通趨勢(shì)發(fā)展。圖10為剪切帶貫通時(shí)，由3個(gè)監(jiān)測(cè)圓得到的應(yīng)變隨時(shí)步變化曲線(xiàn)圖。在滑坡漸進(jìn)破壞過(guò)程中，應(yīng)變由受拉變?yōu)槭芗簦钡郊羟袔ж炌?。坡體中應(yīng)變變化速率依次為：坡中、坡底和坡頂。由于滑坡上部土體的擠壓，坡中應(yīng)變變化劇烈，顆粒旋轉(zhuǎn)、平動(dòng)不斷調(diào)整位置，以致剪切帶貫通，而后緣坡頂處因顆粒不斷滑落，顆間接觸松散，應(yīng)變發(fā)展不明顯。圖11為模型不同位置的監(jiān)測(cè)圓中孔隙率變化過(guò)程。在初期，各個(gè)監(jiān)測(cè)圓中的孔隙率都接近初始給定值。模擬初期，受重力作用，顆粒擠密，3個(gè)監(jiān)測(cè)圓內(nèi)的孔隙率變小，隨著滑體上部土體顆粒的滑動(dòng)，材料發(fā)生剪脹效應(yīng)，3個(gè)監(jiān)測(cè)圓內(nèi)的孔隙率值整體呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，由于坡底土體鎖固作用，土體被繼續(xù)壓密。剪切帶貫通后，剪脹作用消失，孔隙率變小。其中，坡體中部位置孔隙率增長(zhǎng)較快，伴有顆粒彈性變形、磨粒、擠密的產(chǎn)生與遷移，顆粒間變化更為復(fù)雜，說(shuō)明滑坡土石混合體在該處變形較為劇烈。相對(duì)于坡中，坡頂和坡底處顆?？紫堵试鲩L(zhǎng)幅度相對(duì)較小，變形活動(dòng)相對(duì)緩和。圖12為坡頂和坡中顆?；圃谕粋€(gè)坐標(biāo)系中的記錄，坡頂顆粒滑落速度明顯大于頂中，由于坡面臨空面較陡，裂隙的擴(kuò)張導(dǎo)致坡頂顆粒迅速下滑，由于坡中顆粒的剪脹作用使此處顆粒滑移速度較慢，由于顆粒間的旋轉(zhuǎn)、剪切作用使位移變小，趨于穩(wěn)定。

圖10 監(jiān)測(cè)圓剪應(yīng)變速率曲線(xiàn)Fig.10 Curves ofmonitored round shear strain rate

圖11 坡體不同位置孔隙率變化曲線(xiàn)Fig.11 Curves of porosity change in different positions

圖12 監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎向位移曲線(xiàn)Fig.12 M onitored curves of vertical displacement

6 結(jié)論與討論

利用基于顆粒流理論的PFC2D程序?qū)ζ浒缀踊逻M(jìn)行數(shù)值模擬，再現(xiàn)了滑坡土石混合體滑移、變形、破壞的整個(gè)過(guò)程，得出了以下結(jié)論：

（1）通過(guò)顆粒元平行粘結(jié)模型，采用數(shù)值試驗(yàn)的手段，很好地模擬了土石混合體堆積體滑坡的漸進(jìn)性破壞過(guò)程，對(duì)滑坡的變形特點(diǎn)及成因機(jī)制有了更深的認(rèn)識(shí)，這一結(jié)果為滑坡后續(xù)加固處治方案的確定提供了理論依據(jù)。

（2）滑坡的直接誘發(fā)因素是降雨，滑坡土體強(qiáng)度不足造成的滑坡破壞首先從坡頂處產(chǎn)生裂隙、繼而發(fā)生小型的滑塌開(kāi)始，而后演變成大的滑坡，破壞形式表現(xiàn)為上部拉裂，中部剪切，底部擠壓破壞。

（3）對(duì)于含有土石混合體的堆積體滑坡來(lái)說(shuō)，滑坡具有明顯的土－石混合介質(zhì)的特征，具有高度非均質(zhì)、非連續(xù)、非線(xiàn)性等特點(diǎn)，在力學(xué)特性上表現(xiàn)出顯著的獨(dú)特性，導(dǎo)致堆積層滑坡與土質(zhì)或巖質(zhì)滑坡有不同的發(fā)育模式與變形破壞特征。下一步的工作，因在野外及室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定土石混合比，建立更符合實(shí)際情況的滑坡模型進(jìn)行模擬分析。

顆粒流理論及其數(shù)值方法，克服了傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型的宏觀(guān)連續(xù)性假設(shè)，從細(xì)觀(guān)層面上分析巖土工程特性，并通過(guò)細(xì)觀(guān)力學(xué)參數(shù)研究分析宏觀(guān)力學(xué)行為，尤其適用于土石混合體的堆積體滑坡穩(wěn)定性分析問(wèn)題。

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（編輯：王 慰）

PFC Simulation of Progressive Failure Process of Landslide

WANG Yu1，2，LIXiao1，WANG Sheng-xing1，2，HOUWen-shi1，2
（1.Key Laboratory of Mechanics in Engineering Geology，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

The Baihe landslide is a large ancientbedrock landslide induced by heavy rainfall，with the upper partof parallel layers and the lower part of slightly incised layers.According to field investigation，the causes and formation mechanism of the landslide are summarized.The particle flow code（PFC2D）program is employed and the parallel-bond model is introduced to determine the relation betweenmicro-parameters andmacro-mechanical properties of soils in the sliding zone through biaxial compression numerical tests.In subsequence，the landslide geological model is established and the progressive process of landslide is simulated numerically by the particle-flow discrete elementmethod.The displacement，porosity and strain at some key parts of the landslide aremonitored.The simulation results show that crack occurs first in the soils in the upper part along the bedrock plane，which leads to shear dilatancy of slip mass in the middle part，thus pushing the ancient slip mass in the lower part，and finally causes instability of the whole accumulation.The position and shape of sliding plane don’t need to be assumed，and the particles adapt their positions according to contact forces，and finally shear failure happens at the plane which has the smallest shear strength.The simulation could provide theoretical basis for decision-making of the project.

landslide；particle flow code（PFC）；numerical simulation；progressive failure；parallel-bond model

P642

A

1001－5485（2012）12－0046－07

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.12.010 2012，29（12）：46－52

2011－10－17；

2011－11－18

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41027001）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2009CB724605）

王 宇（1985－），男，河北滄州人，博士研究生，主要從事地質(zhì)災(zāi)害與巖石力學(xué)等方面的學(xué)習(xí)研究，（電話(huà)）18046522933（電子信箱）good541571889＠126.com。