基于PFC-Geostudio耦合的邊坡降雨變形破壞研究

朱志男，李慧亭，陳 羽，劉太輝，成昊凌

(1.中國(guó)建筑第八工程局有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.西安交通大學(xué) 人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710049)

滑坡災(zāi)害對(duì)人類的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的威脅，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的滑坡記錄，許多滑坡都是由降雨導(dǎo)致[1]。2011年“9.16”特大暴雨誘發(fā)了四川省南江縣數(shù)以千計(jì)的群發(fā)性緩傾角淺層土質(zhì)滑坡[2]，2013年7月，在持續(xù)二十多天的降雨作用下，陜西省延安市全市有7 594處發(fā)生滑塌，造成了42人遇難，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)66.15億元[3-4]。可見，研究降雨誘發(fā)滑坡的機(jī)理、分析邊坡滑坡過程對(duì)提出邊坡防災(zāi)減災(zāi)的對(duì)策具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)降雨誘發(fā)滑坡做了大量的研究，研究方法主要為理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬[5]，由于數(shù)值模擬成本低、效果顯著的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[6]。許方領(lǐng)等通過有限元軟件ABAQUS軟件分析了降雨入滲后的滲流場(chǎng)及位移和安全系數(shù)的變化規(guī)律[7]，王磊等利用有限元軟件Geostudio軟件分析了降雨條件下坡體含水率和孔壓響應(yīng)情況，并探討了裂縫對(duì)陡坡穩(wěn)定性的影響[8]。通過有限元方法模擬滲流比較簡(jiǎn)單高效，但有限元方法難以考慮大變形，無法反映滑坡過程中裂隙的延伸過程，可以通過顆粒流方法來分析邊坡的滑坡過程，近年來眾多學(xué)者開始利用顆粒離散元的方法來研究邊坡的穩(wěn)定性，汪華安通過強(qiáng)度折減的方法借助顆粒流數(shù)值模擬研究了煙墩嶺邊坡在降雨工況下的變形破壞模式[9]，張家勇以貴陽省開陽縣魚鰍坡滑坡為研究對(duì)象，通過PFC3D分析了滑坡的破壞過程[10]；吳謙通過PFC3D對(duì)黃土邊坡降雨沖刷過程進(jìn)行了流固耦合模擬，研究了降雨過程中邊坡遭受侵蝕程度及水流侵蝕能力的分布規(guī)律[11]；但顆粒流方法缺乏有效的本構(gòu)模型來反應(yīng)飽和-非飽和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，現(xiàn)有的PFC-CFD耦合方法計(jì)算效率較低，且流體網(wǎng)格形狀較為規(guī)則單調(diào)，難以應(yīng)用于工程實(shí)際。

為解決有限元方法無法計(jì)算大變形以及顆粒流方法中流體-顆粒耦合計(jì)算較為復(fù)雜的問題，本文將有限元與離散元相結(jié)合，提出了一種PFC-Geostudio耦合的方法，將有限元軟件Geostudio的滲流計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到顆粒離散元方法中，通過等效方法來研究邊坡在降雨條件下的變形情況以及滑坡過程。

1 PFC-Geostudio邊坡降雨模擬方法

降雨對(duì)邊坡土體有三個(gè)方面的影響：(1)土體由天然狀態(tài)轉(zhuǎn)化為飽和/非飽和狀態(tài)，重度增加，增大了下滑力；(2)土體強(qiáng)度參數(shù)減小，如摩擦角、內(nèi)聚力等，增大滑坡風(fēng)險(xiǎn)；(3)土體內(nèi)發(fā)生滲流，土顆粒受到滲流力的作用，當(dāng)降雨強(qiáng)度較大時(shí)，坡表還會(huì)發(fā)生徑流，對(duì)土顆粒產(chǎn)生拖曳力作用[12]。因此，可通過Geostudio來計(jì)算滲流場(chǎng)，然后將滲流計(jì)算的結(jié)果導(dǎo)入至PFC方法中，根據(jù)顆粒所在位置的含水率，改變其重度與接觸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)降雨導(dǎo)致土體重度和強(qiáng)度參數(shù)的變化模擬；對(duì)滲流區(qū)域施加滲流力，當(dāng)降雨強(qiáng)度較大時(shí)，額外考慮拖曳力，以實(shí)現(xiàn)降雨對(duì)土體的力學(xué)作用的模擬；通過以上方法即可在顆粒流中等效實(shí)現(xiàn)降雨效果，隨后可進(jìn)行邊坡變形與滑坡分析，具體流程可見圖1。

圖1 Geostudio滲流計(jì)算模型圖Fig.1 Geostudio-PFC calculation method

1.1 Geostudio滲流計(jì)算

有限元軟件Geostudio內(nèi)置的SEEP/W模塊，通過非飽和土力學(xué)計(jì)算方法，可以快速模擬邊坡在降雨條件下滲流場(chǎng)變化情況，并得到邊坡內(nèi)浸潤(rùn)線分布以及各點(diǎn)的含水量。為研究在降雨條件下邊坡內(nèi)的滲流場(chǎng)，建立如圖 2所示的有限元模型，模型長(zhǎng)度為50 m，高度為20 m，單元網(wǎng)格長(zhǎng)度設(shè)置為0.3 m，整個(gè)邊坡模型劃分為8 676個(gè)單元，8 879個(gè)節(jié)點(diǎn)，將模型的上邊界設(shè)置為降雨邊界，兩側(cè)及底部設(shè)置為零流量邊界，滲流計(jì)算中所使用的參數(shù)如表1所示。

圖2 Geostudio滲流計(jì)算模型圖Fig.2 Geostudio seepage calculation model diagram

根據(jù)氣象部門對(duì)降雨強(qiáng)度的劃分，降雨通常可分為為小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨六個(gè)等級(jí)，為研究在降雨條件下邊坡的滲流場(chǎng)情況，設(shè)定降雨強(qiáng)度為30 mm/24 h(大雨)，原始水位為地下30 m，連續(xù)48 h降雨后，邊坡滲流場(chǎng)如圖3(a)所示，可見沿雨水入滲方向，形成了一定厚度的飽和帶，繼續(xù)向下為非飽和帶，最下側(cè)土體為天然狀態(tài)，未受雨水入滲影響，提取邊坡前緣、邊坡底部、邊坡中部、邊坡頂部、邊坡后緣五個(gè)位置沿入滲方向的各點(diǎn)的含水率，形成圖3(b)所示曲線圖，可見對(duì)于圖2所示的均質(zhì)土體邊坡，降雨入滲規(guī)律與土體的所在位置無關(guān)，僅與其所在深度相關(guān)，土體含水率最大的區(qū)域出現(xiàn)在飽和帶，最大含水率為40%，飽和帶的寬度約為1.6 m，在非飽和帶，土體含水率沿入滲方向持續(xù)減小，非飽和帶的厚度約為1.8 m，含水率最小為15.5%。

表1 Geostudio中的模型參數(shù)Tab.1 Model parameters in Geostudio

圖3 降雨影響下邊坡滲流場(chǎng)情況Fig.3 Slope seepage field under the influence of rainfall

1.2 PFC-Geostudio耦合方法

為實(shí)現(xiàn)PFC-Geostudio的耦合，可在PFC中建立相同尺度的模型，將Geostudio中的計(jì)算結(jié)果，即每個(gè)位置的含水率情況導(dǎo)入；在顆粒流模型中，根據(jù)各個(gè)顆粒的位置，修改其重度，若顆粒處于飽和區(qū)域，則顆粒的重度應(yīng)取飽和重度，顆粒的接觸參數(shù)也需按照飽和參數(shù)進(jìn)行折減，根據(jù)文獻(xiàn)[13]的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，飽和參數(shù)可按照天然參數(shù)的15%折減，若顆粒處于非飽和區(qū)域，顆粒的重度應(yīng)根據(jù)其所在位置的含水率進(jìn)行折減，其接觸參數(shù)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的折減，具體可見下式：

(1)

(2)

式中：γ1—飽和區(qū)內(nèi)顆粒重度，N/m3；γ2—非飽和區(qū)顆粒重度，N/m3；γ3—天然區(qū)域顆粒重度，N/m3；ω—顆粒所在位置的含水率，可從Geostudio中的計(jì)算結(jié)果獲??；ω1—飽和含水率；ω3—天然含水率；f1—飽和區(qū)顆粒的接觸參數(shù)(此處以摩擦系數(shù)為例)；f3—天然區(qū)域顆粒的接觸參數(shù)。

除改變顆粒重度與接觸參數(shù)外，在飽和區(qū)域由于雨水入滲，顆粒還會(huì)受到滲流力的作用，顆粒所受到的滲流力可簡(jiǎn)化等效為[14-16]:

J=γfiV

(3)

式中：J—滲流力，N；方向?yàn)檠赜晁霛B方向；γf—流體重度，N/m3；i—流體的水力梯度，V—流體體積，m3。

當(dāng)降雨強(qiáng)度較大，超過土體的入滲能力，則在邊坡表面會(huì)發(fā)生徑流。在水的沖刷作用下，坡表土體會(huì)受到?jīng)_刷作用，則土顆粒會(huì)受到拖曳力的作用，其方向?yàn)檠赜晁疀_刷方向，其大小為：

fdrag=f0ε-χ

(4)

式中：f0—單個(gè)顆粒所受的拖曳力，N；ε—顆粒所在流體單元的孔隙率，ε-χ為考慮局部孔隙度的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。這個(gè)修正項(xiàng)可以使拖曳力同時(shí)適用于孔隙度較高和孔隙度較低的系統(tǒng)，而且流體的雷諾數(shù)也可以大幅度取值。單個(gè)圓形顆粒所受流體拖曳力為[17]：

(5)

式中：Cd—拖曳力系數(shù)；ρf—流體密度，kg/ m3；r為顆粒半徑，m；u—顆粒速度矢量，m/s；v—流體速度矢量，m/s；不同位置的坡面徑流速度各不相同，當(dāng)水沿坡面流下時(shí)，由于重力的作用，水流的速度從坡頂?shù)狡碌壮掷m(xù)增加，在邊坡底部水流速度達(dá)到最大，當(dāng)水流到達(dá)坡底時(shí)，由于土顆粒的阻礙，水在坡底流動(dòng)時(shí)，其速度又會(huì)持續(xù)減小。

如圖4所示，位于坡面的顆粒A處的徑流速度大小與方向?yàn)?

圖4 不同位置坡面徑流速度示意圖Fig.4 Schematic diagram of the velocity of slope runoff at different positions

(6)

(7)

(8)

式中：vA—顆粒A處的徑流速度，m/s；vmax—坡表徑流的最大沖刷速度，m/s；如圖 4所示，h1—顆粒A距坡底的高度，m；h2—坡頂距坡底的高度，m；vAx—顆粒A處徑流速度沿x方向的分量，m/s；vAy—顆粒A處徑流速度沿y方向的分量，m/s；Δx—水平方向的單位增量;Δy—水平方向增量為Δx時(shí)坡面線的高程增量。

位于坡底的顆粒B處的徑流速度大小為:

(9)

式中：vB—顆粒B處的徑流速度，方向?yàn)檠貜搅鞯臎_刷方向，m/s；x1—顆粒B距坡底的水平距離，m；x2—坡底的長(zhǎng)度，m。

式(5)中，拖曳力系數(shù)Cd為：

(10)

式(5)中，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)χ采用下式進(jìn)行計(jì)算：

(11)

式(10)與式(11)中，Rep表示顆粒雷諾數(shù)，并采用下式進(jìn)行計(jì)算：

(12)

式中，μ—流體動(dòng)力粘度，N·s/m2。

2 模型建立與實(shí)現(xiàn)方法

2.1 顆粒流模型建立及參數(shù)標(biāo)定

在顆粒流方法中，首先導(dǎo)入邊坡的邊界生成墻體，然后在邊界內(nèi)生成完整的細(xì)觀顆粒體系。當(dāng)按照真實(shí)土顆粒的粒徑生成模型時(shí)，會(huì)導(dǎo)致顆粒數(shù)量過多，嚴(yán)重影響計(jì)算效率，但如果顆粒粒徑取值過大，生成顆粒太少，模型的精度也會(huì)受到影響，因此建立顆粒流模型時(shí)，選擇一個(gè)合適的粒徑范圍至關(guān)重要，根據(jù)孫其誠(chéng)[18]的研究，當(dāng)模型的特征長(zhǎng)度比值L/R≥50時(shí)，顆粒粒徑對(duì)材料的力學(xué)性質(zhì)影響較小，因此選取顆粒粒徑為0.04～0.08 m，共生成顆粒83 771個(gè)，由于通過初始命令生成的模型比很不均勻，會(huì)出現(xiàn)部分區(qū)域顆粒之間空隙較大、部分區(qū)域顆粒之間應(yīng)力集中的現(xiàn)象[19]，因此需要運(yùn)用伺服機(jī)制讓模型變的更加均勻，伺服后的模型及其力鏈分布情況如圖5所示。

圖5 顆粒流初始模型Fig.5 Initial model of particle flow

在顆粒流方法中，通過顆粒(ball)來模擬材料顆粒，通過接觸(contact)來模擬顆粒之間的相互作用，通過賦予顆粒不同的細(xì)觀參數(shù)來模擬顆粒之間不同的力學(xué)性質(zhì)，因此選擇合適的接觸模型以及對(duì)接觸賦予合適的參數(shù)至關(guān)重要[20]。

當(dāng)采用線性接觸模型，顆粒間的接觸處于粘結(jié)狀態(tài)時(shí)，接觸模型是線彈性的，直到受力狀態(tài)超出強(qiáng)度極限以及粘結(jié)被破壞才會(huì)使界面處于非粘結(jié)狀態(tài)，在非粘結(jié)狀態(tài)下，線性接觸模型處于線彈性和摩擦狀態(tài)，當(dāng)剪切力超出庫倫極限時(shí)就會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，該粘結(jié)模型能很好的模擬土體應(yīng)力應(yīng)變特性及其破壞特性，因此顆粒間的接觸采用線性接觸模型。

由于賦予顆粒的細(xì)觀參數(shù)與材料的宏觀參數(shù)之間的關(guān)系并不是一一對(duì)應(yīng)的，因此為確保顆粒流模型細(xì)觀參數(shù)的合理性，需要進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，即不斷調(diào)試模型的細(xì)觀參數(shù)，直到模型的宏觀響應(yīng)與我們所需的模型宏觀參數(shù)相接近時(shí)，參數(shù)標(biāo)定方才結(jié)束。構(gòu)建如圖 6(a)所示的巖土試樣，試樣的孔隙率和粒徑取值與邊坡模型取值相同，粒徑取0.04～0.08 m，孔隙率取0.17。對(duì)建立的巖土試樣模型進(jìn)行伺服，使試樣模型應(yīng)力分布均勻，隨后賦予接觸參數(shù)，對(duì)巖土試樣進(jìn)行不同圍壓下的雙軸壓縮試驗(yàn)，提取模型的應(yīng)力應(yīng)變曲線(圖 6(a))，繪制莫爾應(yīng)力圓，如圖 6(b)所示，即可得試樣的宏觀參數(shù)，不斷調(diào)整接觸的細(xì)觀參數(shù)，使得試樣的宏觀參數(shù)為c=23 kPa，φ=14 °，邊坡模型的細(xì)觀參數(shù)最終取值如表2所示。

圖6 參數(shù)標(biāo)定圖示Fig.6 Parameter calibration diagram

表2 顆粒流模型細(xì)觀力學(xué)參數(shù)Tab.2 The meso-mechanical parameters of the calculation model

2.2 顆粒流模擬中降雨實(shí)現(xiàn)方法

經(jīng)參數(shù)標(biāo)定后，對(duì)建立的初始邊坡模型賦予參數(shù)，施加重力，運(yùn)行至平衡，隨后對(duì)所有顆粒的速度和位移清零，此時(shí)的模型即為天然狀態(tài)下的邊坡模型。設(shè)定降雨強(qiáng)度為30 mm/24 h，經(jīng)Geostudio滲流計(jì)算，將各點(diǎn)的含水率導(dǎo)入顆粒流模型中，遍歷所有顆粒，根據(jù)顆粒所在位置的含水率按照式(1)和式(2)修改顆粒的重度與接觸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)效果如圖7所示。

當(dāng)對(duì)飽和區(qū)域的顆粒施加滲流力時(shí)，首先應(yīng)篩選出受滲流力影響的顆粒。遍歷所有顆粒，由于飽和土的含水率為40%，當(dāng)顆粒所在位置的含水率大于39%時(shí)，即可判定其屬于飽和區(qū)，會(huì)受到滲流力的作用，即可按照式(3)對(duì)顆粒施加等效滲流力。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土體的入滲能力時(shí)，坡表由于雨水沖刷，坡表顆粒會(huì)受到拖曳力的作用，因此在具體施加拖曳力時(shí)，首先需要判斷降雨強(qiáng)度是否大于土體入滲能力，僅當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土體入滲能力時(shí)才調(diào)用拖曳力施加函數(shù)，在進(jìn)行拖曳力的具體施加時(shí)，遍歷所有顆粒，判定出坡表受徑流影響的顆粒，如圖8(a)所示，由于拖曳力的方向?yàn)橛晁畯搅鞣较?，因此?dāng)顆粒位于坡底時(shí)，徑流的方向?yàn)檠厮椒较?，顆粒位于坡面時(shí)，徑流的方向?yàn)檠仄旅娣较?，不同位置的徑流速度的大小與方向可按照?qǐng)D4以及式(6)—(9)考慮，再通過Fish函數(shù)獲取顆粒的粒徑、速度、位置等信息，隨后即可根據(jù)式(4)—(12)來施加拖曳力。當(dāng)降雨強(qiáng)度為100 mm/24 h時(shí)，顆粒流方法中滲流力與拖曳力的施加效果如圖8(b)所示。

3 結(jié)果分析

3.1 大雨工況下邊坡變形分析

為研究在降雨條件下邊坡的變形情況，設(shè)定降雨強(qiáng)度為30 mm/24 h，降雨持續(xù)時(shí)間為48 h，經(jīng)Geostudio滲流計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3(a)所示，將各個(gè)位置的含水率導(dǎo)入PFC中，通過1.2節(jié)所述的耦合方法來等效實(shí)現(xiàn)降雨效果。顆粒流邊坡在降雨條件下的變形情況如圖9(a)所示，可見最大位移區(qū)域位于坡頂，最大位移為8.3 cm，變形主要集中在坡頂飽和區(qū)域，土體位移方向如圖9(b)所示，可見位移方向主要為土體沉降，產(chǎn)生沉降的原因在于降雨導(dǎo)致土體容重增加以及土體強(qiáng)度參數(shù)的減弱，此外坡面土體由于左側(cè)無土體支撐，因此會(huì)產(chǎn)生一定沿坡面滑動(dòng)的趨勢(shì)，若降雨強(qiáng)度持續(xù)增加，則降雨入滲深度會(huì)繼續(xù)增大，同時(shí)飽和帶與非飽和帶的厚度也會(huì)持續(xù)增加，會(huì)導(dǎo)致坡面土體穩(wěn)定性會(huì)進(jìn)一步降低，有潛在滑坡的趨勢(shì)。

圖10 降雨條件下的測(cè)點(diǎn)位移Fig.10 Measuring points displacement under rainfall conditions

圖11 暴雨工況下邊坡滑坡過程及裂隙延伸情況Fig.11 Landslide process and fissure extension of the slope under rainstorm conditions

在坡底、坡面、以及坡頂設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以進(jìn)一步了解在計(jì)算過程中邊坡不同位置土體的變形情況。由于單獨(dú)監(jiān)測(cè)一個(gè)顆粒隨機(jī)性較強(qiáng)，可能會(huì)出現(xiàn)少數(shù)顆粒飛出模型邊界的情況，因此選擇數(shù)個(gè)顆粒作為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，形成一個(gè)顆粒團(tuán)，取其平均位移以反映測(cè)點(diǎn)所在位置土體的位移，可更準(zhǔn)確的反映土體的變形情況，且當(dāng)邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí)，測(cè)點(diǎn)顆?？呻S之運(yùn)動(dòng)，依舊能反映測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域邊坡的變形情況，如圖10(a)所示，沿坡面共設(shè)置測(cè)點(diǎn)15個(gè)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)半徑為0.3 m，平均每個(gè)測(cè)點(diǎn)包含顆粒20個(gè)。當(dāng)降雨強(qiáng)度為30 mm/24 h、降雨持續(xù)時(shí)間為48 h時(shí)，經(jīng)PFC-Geostudio耦合計(jì)算后，提取各測(cè)點(diǎn)位移，形成如圖10 (b)所示曲線圖，可見沿水平方向，坡底和坡頂各測(cè)點(diǎn)位移變化不大，但坡頂位移整體大于坡底，坡面各測(cè)點(diǎn)的位移變化較大，各測(cè)點(diǎn)的位移隨高程增加而增加，最大位移出現(xiàn)在坡頂位置。

3.2 暴雨工況下邊坡滑坡過程分析

為研究邊坡在暴雨工況下的變形破壞情況，設(shè)定降雨強(qiáng)度為100 mm/24 h，降雨持續(xù)時(shí)間為48 h，此時(shí)由于降雨強(qiáng)度遠(yuǎn)大于土體的入滲速度，因此在坡面會(huì)產(chǎn)生徑流，需額外考慮拖曳力對(duì)坡表顆粒的影響，在暴雨工況下，拖曳力的施加效果如圖8(b)所示，經(jīng)PFC-Geostudio耦合計(jì)算，邊坡的變形破壞過程如圖11所示，邊坡的滑動(dòng)過程可劃分為3個(gè)階段。

第一階段如圖11(a)—(b)所示，坡面顆粒由于雨水沖刷作用，在坡腳首先發(fā)生破壞，底部顆粒在拖曳力的作用下脫離邊坡，沿坡面滑動(dòng)至坡底，同時(shí)邊坡內(nèi)飽和區(qū)域形成大量裂隙，但并未滑動(dòng)；

第二階段如圖11(b)—(d)所示，由于坡腳顆粒沖刷滑離邊坡，導(dǎo)致上部土體失去支撐，首先在坡腳發(fā)生小范圍滑坡，隨后裂隙拓展延伸，從坡腳已滑動(dòng)區(qū)域的頂部延伸至坡頂，形成大范圍滑坡，在滑動(dòng)過程中，滑體內(nèi)部出現(xiàn)大量裂隙，滑體逐漸破碎為散體；

第三階段如圖11(d)—(g)所示，邊坡后緣土體由于失去前側(cè)土體的支撐，內(nèi)部出現(xiàn)大量裂隙，在自重作用下失穩(wěn)，出現(xiàn)了多次小規(guī)模的滑動(dòng)，邊坡滑坡的最終狀態(tài)如圖11(h)所示，坡面土體大范圍滑動(dòng)，滑體破碎并堆積至坡底。

為確定在暴雨條件下坡面不同位置土體的滑坡時(shí)序，提取在滑坡起始階段中測(cè)點(diǎn)6、測(cè)點(diǎn)8、測(cè)點(diǎn)10的速度信息，如圖12所示，可見由于坡面徑流沖刷作用的影響，位于坡腳的測(cè)點(diǎn)6速度最先增加，且速度較大，當(dāng)坡腳顆粒滑動(dòng)后，上部土體逐步變形，位于坡面中部的測(cè)點(diǎn)8的速度開始逐步增加，隨后測(cè)點(diǎn)10的速度隨之增加，但其速度小于測(cè)點(diǎn)6，可見測(cè)點(diǎn)8附近土體先于測(cè)點(diǎn)10附近土體滑動(dòng)，滑坡過程為明顯的漸進(jìn)式牽引式滑坡。

圖12 滑坡過程各測(cè)點(diǎn)位移Fig.12 Displacement of each measuring point during the landslide process

文獻(xiàn)[21]搭建室內(nèi)降雨滑坡框架模型，通過在模型頂部設(shè)置噴頭來模擬降雨，試驗(yàn)中的滑坡過程如圖13(a)—(d)所示，在降雨沖刷作用下表面土體流失，從坡腳處開始發(fā)生破壞，產(chǎn)生滑坡臨空面，逐步誘發(fā)了大規(guī)?；?，并引發(fā)了數(shù)次小規(guī)?；?，滑坡過程為典型的牽引式滑坡，與上述采用耦合計(jì)算方法得到的滑坡過程(圖13(e)—(h))基本一致，可證實(shí)本方法的可行性。

圖13 滑坡過程對(duì)比Fig.13 Comparison of landslide processes

4 結(jié)論

1)采用Geostudio與PFC方法耦合計(jì)算降雨工況下邊坡變形穩(wěn)定問題，可同時(shí)克服有限元方法難以計(jì)算邊坡大變形及離散元方法滲流計(jì)算效率較低的缺陷，通過該耦合方法可分析降雨工況下邊坡表面沉降、坡面沖刷、土體崩塌等現(xiàn)象。

2)對(duì)于單一介質(zhì)均質(zhì)邊坡，降雨入滲規(guī)律與土體的所在位置無關(guān)，僅與其所在深度相關(guān)，沿降雨入滲方向，會(huì)形成一定厚度的飽和帶和非飽和帶。

3)大雨工況下，邊坡變形主要為土體沉降，變形最大區(qū)域位于邊坡頂部；暴雨工況下，由于坡面徑流的沖刷作用，坡腳處首先發(fā)生破壞，隨后誘發(fā)了后部土體大范圍滑動(dòng)，發(fā)生漸進(jìn)式牽引式滑坡。