陳 曉 石 崇 楊俊雄

（①河海大學(xué)，巖石力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210098，中國）

（②河海大學(xué)巖土工程科學(xué)研究所，南京210098，中國）

0 引 言

土石混合體是由粒徑不同、強(qiáng)度較高的巖塊和軟弱的土體顆粒組成，一般存在于第四系松散堆積層中（Xu et al.，2009，2011；徐文杰等，2013）。其各種力學(xué)性質(zhì)及特性和普通勻質(zhì)土體差異較大，因此，由此類土體構(gòu)成的巖土混合體邊坡的穩(wěn)定性影響因素較多，與普通勻質(zhì)邊坡的滑面發(fā)展和破壞機(jī)制有所不同（楊忠平等，2017；Wei et al.，2018；朱晨光等，2019）。這種類型邊坡是大型土木工程的潛在威脅，因此研究該類介質(zhì)滑動(dòng)機(jī)理與穩(wěn)定性具有重要意義。

土石混合體作為一種廣泛分布在工程領(lǐng)域的重要地質(zhì)材料，其力學(xué)性質(zhì)及物理特性直接影響工程項(xiàng)目的安全穩(wěn)定。Shakoor et al.（1990）研究了塊石含量及尺寸對(duì)土石混合體抗壓特性的影響。Wang et al.（2018）借助CT技術(shù)對(duì)三軸壓縮試驗(yàn)中土石混合試樣內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了觀測(cè)。徐文杰等（2007a，2012）利用數(shù)值圖像技術(shù)充分研究了土石混合體細(xì)觀結(jié)構(gòu)，將細(xì)觀結(jié)構(gòu)定量化，為土石混合體離散元數(shù)值模型建立提供基礎(chǔ)；并進(jìn)一步采用離散元及有限元方法模擬了土石混合體直剪試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)塊石的存在使內(nèi)部細(xì)觀應(yīng)力狀態(tài)有結(jié)構(gòu)性特征，含石量及試樣尺寸均影響土石混合體的宏觀抗剪強(qiáng)度和剪脹性（徐文杰等，2007a，2007b，2014）。李世海等（2004）等建立三維離散元隨機(jī)計(jì)算模型，分析了土石混合體內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)分布與土石級(jí)配及巖石塊度的關(guān)系。王環(huán)玲等（2019）通過顆粒流方法模擬了雙軸壓縮試驗(yàn)，研究了含石率、土體孔隙率、不均勻系數(shù)對(duì)土石混合體強(qiáng)度特性的影響。

土石混合體邊坡廣泛分布在中國西南地區(qū)，其穩(wěn)定性對(duì)于水利水電等大型工程的建設(shè)尤為重要。由于土石混合體具有復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，Vessia et al.（2017）提出采用多維度理論模型計(jì)算土石邊坡的安全系數(shù)；Medley et al.（2004）通過分析簡(jiǎn)單的土石混合地質(zhì)模型，提出塊石含量是影響邊坡安全系數(shù)的重要因素；Napoli et al.（2018）建立了不同有限元邊坡模型，并結(jié)合極限平衡方法，研究了不同塊石含量邊坡的穩(wěn)定性。在國內(nèi)的相關(guān)研究中，徐文杰（2009），徐文杰等（2008）以數(shù)字圖像處理技術(shù)建立土石混合體邊坡細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型，并采用有限元強(qiáng)度折減法分析了塊石對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的影響；李亮等（2017）運(yùn)用Flac3D模型，探討了土石混合體邊坡內(nèi)部的塑性區(qū)擴(kuò)展規(guī)律及土石界面強(qiáng)度參數(shù)對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響。劉順青等（2019）提出了一種考慮不同含石率及塊石隨機(jī)分布的邊坡穩(wěn)定性分析方法。盡管目前在土石混合體邊坡方面已有較多研究，但相關(guān)的研究更多集中于有限元方法（邵帥等，2014；張森等，2016；龔健等，2017），采用顆粒離散元的相關(guān)研究相對(duì)欠缺；且在以上研究中，均忽略了塊石形態(tài)的影響，將塊石形態(tài)簡(jiǎn)化為矩形或圓形。

顆粒離散元方法以顆粒（ball）和接觸（contact）作為基本單元，可以直觀地觀測(cè)到邊坡內(nèi)部裂隙擴(kuò)展及邊坡失穩(wěn)過程（程升等，2018；鄭博寧等，2019）?；诖?，本文以某一典型土石混合體邊坡為例，建立土石混合體邊坡顆粒流細(xì)觀模型，依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)定土體材料參數(shù)。在合理細(xì)觀模型的基礎(chǔ)上，首先模擬均質(zhì)邊坡與土石混合體邊坡的失穩(wěn)過程，然后分析不同含石量邊坡滑面發(fā)展過程的差異，探討細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)滑面發(fā)展及邊坡穩(wěn)定性的影響。

1 土石混合體細(xì)觀模型構(gòu)造

1.1 土石混合體模型構(gòu)建方法

土石混合體細(xì)觀特征的構(gòu)建，重在骨架顆粒的外輪廓和微觀裂隙統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)多采用統(tǒng)計(jì)窗方式。預(yù)先規(guī)劃好地質(zhì)統(tǒng)計(jì)窗，利用參照物拍照，然后借助AUTOCAD等工程軟件繪制輪廓，進(jìn)一步分析其細(xì)觀特征。

數(shù)字圖像處理方法是一種被廣泛采用的土石混合體細(xì)觀特征提取方法，但是數(shù)字圖像方法的像素往往較高，如果將每一個(gè)像素都按照相應(yīng)位置轉(zhuǎn)化為數(shù)值模型，則單元、節(jié)點(diǎn)多，計(jì)算工作量大。

實(shí)際上，圖像識(shí)別是一種有損識(shí)別方法，由于光照、陰影、拍照角度的差異，每一幅圖片中土石區(qū)分均有差異，因此可以只采用數(shù)字圖像識(shí)別的骨架顆粒輪廓線構(gòu)造土石混合體的細(xì)觀特征。故本文提出如下塊石輪廓構(gòu)造方法：

如圖1a，將數(shù)字圖像識(shí)別的骨架顆粒輪廓線作為邊界線，對(duì)每一條邊界進(jìn)行讀?。╬olyline），處于任一多段線內(nèi)的像素屬于塊石、而不在任一多段線內(nèi)的像素屬于膠結(jié)物。這樣即可將每一像素的性質(zhì)（土或石）區(qū)分開，并借助這些多段線數(shù)據(jù)開展顆粒粒徑、形狀等信息的統(tǒng)計(jì)。最終，將這些信息導(dǎo)入PFC中作為模型生成的邊界（圖1b）。

圖1 模型邊界（徐文杰等，2008）Fig.1 Model boundaries（Xu et al.，2008）

1.2 土石混合體邊坡模型的建立

首先，按照?qǐng)D1b所示的邊界生成墻體（wall），再在邊界內(nèi)采用基本的顆粒生成命令形成完整的顆粒（ball）體系。生成的初始模型中顆粒是松散的，顆粒間的間隙較大，且應(yīng)力分布極不均勻。此時(shí)，我們需要利用伺服機(jī)制（Cundall et al.，2008；Itasca.Consulting Group Inc.，2008）使初始模型達(dá)到一種密實(shí)且應(yīng)力分布均勻的狀態(tài)。

對(duì)邊界wall施加一定的速度以表示恒定約束力，墻體移動(dòng)產(chǎn)生的作用于墻體上的力可以表示為：

式中：kn為平均接觸剛度；ΔUn為單位計(jì)算步內(nèi)位移增量；Nc為與wall接觸顆?？倲?shù)目；u·為墻體的運(yùn)動(dòng)速度；Δt為單位計(jì)算步時(shí)長。作用在墻體上的應(yīng)力的變化值可以采用以下公式計(jì)算：

式中：A為與墻體接觸作用的面積，二維情況下，通常取墻體的長度；于是可得wall的速度與單位計(jì)算步內(nèi)應(yīng)力增量的關(guān)系：

式中：G為伺服系數(shù)，不同計(jì)算步下，與墻體接觸的總數(shù)目不同，每一計(jì)算步更新得到不同的伺服系數(shù)。伺服的過程就是通過調(diào)整墻體的運(yùn)動(dòng)使墻體與模型之間的接觸力不斷趨向于目標(biāo)應(yīng)力值的大小，墻體的接觸力與目標(biāo)應(yīng)力值的差值可以表示為：

式中：σm為當(dāng)前計(jì)算時(shí)步監(jiān)測(cè)得到的墻體接觸應(yīng)力；σr為伺服結(jié)果需要實(shí)現(xiàn)的最終應(yīng)力。由當(dāng)前計(jì)算步的應(yīng)力差值，根據(jù)式（5）和式（6）可以計(jì)算得到下一計(jì)算時(shí)步的墻體運(yùn)動(dòng)速度，不斷迭代更新，直至Δσ′小于某一限定值。圖2a為伺服前的模型圖，圖2b為伺服結(jié)束時(shí)的模型圖。可以看出伺服后，模型的接觸（contact）數(shù)目及分布均勻程度均更接近真實(shí)狀態(tài)。

圖2 接觸分布形態(tài)Fig.2 The distribution of contact

在得到穩(wěn)定的初始模型后，根據(jù)圖1b所示的多邊形邊界，獲取所有顆粒的位置信息，判斷顆粒位置與多邊形邊界的關(guān)系，當(dāng)判斷位于多邊形內(nèi)時(shí)，則確定該顆粒屬于巖石材料，位于同一多邊形區(qū)域內(nèi)的顆粒封裝形成塊石簇（clump）；并將邊界內(nèi)的其他顆粒定義為基質(zhì)土材料。

通過以上模型構(gòu)造方法，建立了如圖3所示的顆粒離散元邊坡數(shù)值模型。模型尺寸如圖3a所示。模型共包含222i633個(gè)顆粒（ball），顆粒（ball）半徑為0.5～1 cm?？紤]到后續(xù)模擬滑坡過程的需要，在模型的左邊界和下邊界設(shè)置了邊界條件，固定邊界顆粒的運(yùn)動(dòng)，如圖3中紅色區(qū)域所示。

1.3 模型細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定

圖3 邊坡細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Numerical model of slope mesoscopic structure

在顆粒離散元方法中，采用圓球（ball）模擬材料顆粒，并通過接觸（contact）模擬顆粒之間的相互作用，通過為接觸（contact）賦予不同的細(xì)觀參數(shù)模擬材料的不同力學(xué)性質(zhì)。故細(xì)觀參數(shù)的標(biāo)定是顆粒離散元數(shù)值模擬中的重要環(huán)節(jié)，合理細(xì)觀參數(shù)的選取是數(shù)值模擬結(jié)果可信的基礎(chǔ)（韓振華等，2019）。

在顆粒離散元中存在不同的接觸本構(gòu)模型（Itasca Consulting Group Inc.，2008），在本文中分別采用線性平行黏結(jié)模型（Linear Parallel Bond Model）和線性接觸黏結(jié)模型（Linear Contact Bond Model）模擬巖石和土的力學(xué)性質(zhì)。由于在滑坡過程中，塊石不會(huì)發(fā)生破壞，故巖石的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值。對(duì)土的細(xì)觀參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定。

在接觸細(xì)觀參數(shù)中，對(duì)宏觀力學(xué)行為影響顯著的主要包括黏結(jié)強(qiáng)度和有效模量。經(jīng)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)（Potyondy，2004；Cho et al.，2007），接觸有效模量直接影響材料的宏觀楊氏模量；法向切向剛度比控制材料的泊松比；黏結(jié)的拉伸與剪切強(qiáng)度比與試樣的破壞模式相關(guān)聯(lián)。基于以上規(guī)律，并根據(jù)土體的室內(nèi)試驗(yàn)曲線，如圖4中虛線所示，首先確定強(qiáng)度參數(shù)和模量參數(shù)，保證不同圍壓下，試樣的抗壓強(qiáng)度與試驗(yàn)曲線基本一致。而后控制拉伸與剪切強(qiáng)度比保證試樣表現(xiàn)出較強(qiáng)的塑性破壞特征。在標(biāo)定過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接觸抗拉強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度基本相等時(shí)，試樣表現(xiàn)為明顯的脆性破壞；隨著抗拉強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度比值的增加，試樣的塑性破壞特征增強(qiáng)；并且在低強(qiáng)度試樣中，有效模量參數(shù)不僅影響試樣的宏觀楊氏模量，同時(shí)會(huì)對(duì)試樣的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。最終，標(biāo)定得到的細(xì)觀參數(shù)如表1所示，不同圍壓下的數(shù)值試驗(yàn)曲線如圖4中實(shí)線部分所示。

除以上標(biāo)定的強(qiáng)度特性參數(shù)外，在模擬滑坡過程中，阻尼參數(shù)的選取也尤為重要。在顆粒離散元中，共包含兩種阻尼參數(shù)：局部阻尼和黏性阻尼。前者可以加快數(shù)值模擬的計(jì)算平衡，后者則反映顆粒碰撞過程中的能量消散。為了反映滑坡的真實(shí)過程，在模擬滑坡過程中不考慮局部阻尼作用，法向和切向黏性阻尼比分別取0.4和0.2。

圖4 不同圍壓下土體應(yīng)力－應(yīng)變曲線Fig.4 Stress-strain curve of soil under different confining pressure

表1 土石混合體主要細(xì)觀力學(xué)參數(shù)Table 1 The main mesomechanical parameters of soil-rock mixtures

1.4 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法

強(qiáng)度折減法是由Dawson et al.（1999），Griffiths et al.（1999）提出的“包圍方法”自動(dòng)尋找安全系數(shù)。將宏觀強(qiáng)度參數(shù)，如黏聚力和摩擦角，除以折減系數(shù)K作為新的材料參數(shù)，計(jì)算不同的折減參數(shù)并判斷系統(tǒng)是否處于平衡狀態(tài)，監(jiān)測(cè)穩(wěn)定與不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，從而得到模型破壞時(shí)的安全系數(shù)。折減后ck、φk為：

在顆粒離散元中，對(duì)巖土體賦予的不同接觸模型的細(xì)觀力學(xué)參數(shù)并非宏觀參數(shù)，因此需對(duì)該微觀參數(shù)進(jìn)行折減。其主要實(shí)現(xiàn)方法是通過對(duì)細(xì)觀張拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度以及摩擦系數(shù)進(jìn)行參數(shù)折減，當(dāng)模型的不平衡力比（ratio）能夠達(dá)到1e－5時(shí)，則認(rèn)為模型能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不平衡力比不能達(dá)到要求時(shí)，則認(rèn)為模型為非穩(wěn)定狀態(tài)。具體折減參數(shù)如下：

2 模型計(jì)算結(jié)果

為了研究土石混合體細(xì)觀結(jié)構(gòu)對(duì)邊坡滑面形成機(jī)制的影響，分別模擬純土體邊坡和土石混合體邊坡的失穩(wěn)過程，計(jì)算兩種邊坡的安全系數(shù)，記錄邊坡內(nèi)部應(yīng)力變化與顆粒間的傳力機(jī)制，以及裂隙和滑面發(fā)展演變過程。對(duì)比兩種邊坡破壞機(jī)制的差異，分析土石混合介質(zhì)對(duì)邊坡滑面形成的影響。

2.1 初始邊坡模型

分別將細(xì)觀參數(shù)賦值于邊坡細(xì)觀模型，并在自重作用下平衡。圖5是純土體邊坡自重平衡下的接觸力鏈分布圖?？梢钥闯鲈谥亓ψ饔孟?，坡體表層的力鏈分布稀疏，且坡體表層的接觸力明顯要小于坡體內(nèi)部的接觸力，坡腳位置力鏈密集區(qū)與稀疏區(qū)有較為明顯的分界線，可以判定這是邊坡的潛在滑面位置。

圖6是土石混合體邊坡在自重作用下平衡后的接觸力鏈分布圖，從圖中可以看出邊坡內(nèi)部接觸力鏈的分布情況與圖5中純土體邊坡的力鏈分布明顯不同，圖6中力鏈的分布明顯比純土質(zhì)邊坡的力鏈分布復(fù)雜，尤其是在塊石周圍存在明顯的剪切環(huán)，由于塊石的存在，邊坡內(nèi)部接觸力鏈的分布在遇到石塊時(shí)會(huì)繞開石塊，形成沿塊體邊緣的剪切閉環(huán)傳力路徑。且淺層的力鏈分布明顯比純土質(zhì)邊坡的接觸力鏈分布密集。

2.2 邊坡模型穩(wěn)定性計(jì)算

圖5 純土體邊坡接觸力鏈分布Fig.5 The distribution of force chain of pure soil slope

圖6 土石混合體邊坡接觸力鏈分布Fig.6 The distribution of force chain of soil-rock slope

為了準(zhǔn)確描述該土石混合體邊坡的穩(wěn)定性，在邊坡模型的淺層坡體內(nèi)選取了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（圖7），分別監(jiān)測(cè)并記錄不同強(qiáng)度折減系數(shù)下5個(gè)測(cè)點(diǎn)的位移值，進(jìn)而求得土石混合體邊坡的安全系數(shù)。監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖8所示，其中圖8a～圖8d分別對(duì)應(yīng)強(qiáng)度折減系數(shù)為1.0、1.05、1.10、1.15 4個(gè)工況下的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移變化情況。從位移曲線中可以看出，強(qiáng)度折減系數(shù)為1.0時(shí)，5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移曲線均在某一個(gè)水平上下浮動(dòng)，且位移值均小于1 cm，故邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；強(qiáng)度折減系數(shù)為1.05時(shí)，測(cè)點(diǎn)1的位移明顯較大，且其余測(cè)點(diǎn)位移也開始有上升的趨勢(shì)，但最終位移均趨近于穩(wěn)定，即邊坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)強(qiáng)度折減系數(shù)達(dá)到1.10時(shí)，位移曲線形狀發(fā)生突變，不再收斂于某一固定值。測(cè)點(diǎn)的位移均隨計(jì)算時(shí)間增加而增加，且測(cè)點(diǎn)1的位移始終是最大的，故邊坡失穩(wěn)，發(fā)生滑坡；強(qiáng)度折減系數(shù)為1.15時(shí)，邊坡的滑動(dòng)更加明顯，表層完全錯(cuò)動(dòng)，即形成滑坡。從整個(gè)過程中可以得知：此邊坡的安全系數(shù)在1.05～1.10之間。由于坡腳位移最大且最早發(fā)生，因此可推斷此滑坡屬于牽引式滑坡。采用同樣的方法，經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，此純土邊坡的安全系數(shù)約為1.05。故此土石混合體邊坡的安全系數(shù)要略高于相同條件下純土體邊坡的安全系數(shù)。

圖7 邊坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)Fig.7 Monitoring point of slope displacement

圖8 不同強(qiáng)度折減系數(shù)下監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移Fig.8 Displacement of monitoring points under different strength reduction coefficient

2.3 邊坡模型滑面特征

從以上計(jì)算結(jié)果可以看出，土石混合體邊坡模型與純土體邊坡模型存在明顯差異，為了分析土石混合體細(xì)觀特征對(duì)滑面形成機(jī)制的影響，分別模擬純土體邊坡和土石混合體邊坡的滑坡過程。在數(shù)值模型內(nèi)部，微觀裂隙的衍生過程即為邊坡模型的失穩(wěn)破壞過程。通過追蹤模型內(nèi)部的裂隙擴(kuò)展路徑，即可表征邊坡內(nèi)的滑面形成機(jī)制。圖9、圖10分別記錄了純土體邊坡模型和土石混合體邊坡模型計(jì)算25萬步（圖9a）、50萬步（圖9b，圖10b）、75萬步（圖9c，圖10c）、100萬步（圖9d，圖10d）時(shí)的裂隙發(fā)育形態(tài)。

圖9 純土體邊坡失穩(wěn)過程Fig.9 The landslide process of pure soil slope

圖10 土石混合體邊坡失穩(wěn)過程Fig.10 The landslide process of soil-rock mixture slope

從圖9中可以看出，邊坡表層的顆粒由于無墻體約束，在強(qiáng)度折減后黏結(jié)力降低，發(fā)生淺層的顆粒滑動(dòng)。計(jì)算到50萬步時(shí)邊坡體內(nèi)開始發(fā)生破壞，隨著計(jì)算步數(shù)的增加，邊坡內(nèi)部滑面從底部尖端向上發(fā)展。與圖10相比，純土體邊坡滑面的形成過程與土石混合體邊坡模型滑面的形成過程存在顯著不同。純土體邊坡滑面發(fā)展方向單一，微觀破壞裂隙的分布沿滑面的發(fā)展方向相對(duì)分散。相較于純土體邊坡內(nèi)微觀破壞的離散性，土石混合體邊坡內(nèi)的微觀破壞局部集中，且由于塊石的存在，坡體內(nèi)部的破壞形態(tài)明顯發(fā)生改變，滑面的位置更趨近于表層，在破壞速度上，也明顯低于純土體邊坡，相同計(jì)算時(shí)間內(nèi)，純土體邊坡模型內(nèi)的微裂隙數(shù)目約為土石混合體邊坡模型微觀裂隙數(shù)目的1.5倍，故塊石的存在明顯改變了邊坡內(nèi)部的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了坡體抵抗破壞的能力，提高了邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，從圖10b和圖10c中可以發(fā)現(xiàn)，破壞滑面明顯沿著兩個(gè)方向發(fā)展，一條主滑面，一條次滑面，兩條滑面均穿過塊石之間的間隙，且裂隙的分布在其發(fā)展方向上相對(duì)集中。圖10d中邊坡體內(nèi)發(fā)育形成一條貫通的可視滑面，最終的滑面位置存在于塊石之間的間隙。

圖11為與圖1所示邊坡相似的一處土石混合體邊坡，地質(zhì)情況相似，滑坡的形狀也接近，此圖片為邊坡滑坡后的情形，從圖中可以看出滑面的位置與滑坡體形態(tài)均與上述模擬結(jié)果基本吻合。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)滑面Fig.11 The sliding surface on site

2.4 不同含石率邊坡滑面破壞特征

圖12 不同含石率下邊坡滑面擴(kuò)展過程Fig.12 The spreading process of slope sliding surface under different rock content

為了進(jìn)一步論證土石混合體細(xì)觀特征對(duì)邊坡破壞機(jī)理的影響，分別進(jìn)行了土石混合體邊坡中含石量為10%、20%、30%、50%的失穩(wěn)過程模擬（圖12）。含石率為10%時(shí)，滑坡體表現(xiàn)為典型的圓弧狀破壞形式，滑面表現(xiàn)為自坡腳向坡頂貫穿的圓弧形態(tài)。含石率為20%時(shí)，在坡體底部，微裂隙沿塊石間的薄弱位置發(fā)育。由于在坡體頂部，塊石分布密集，滑面形成受阻，在塊石周圍散布少許微裂隙，且未完全貫通。故在邊坡體內(nèi)形成一條不完整的圓弧狀滑動(dòng)帶。含石率為30%時(shí)，邊坡破壞形式發(fā)生明顯改變，裂隙在坡腳位置集中，且基本分布在邊坡淺層附近，邊坡的破壞形式由整體滑動(dòng)變?yōu)槠履_局部滑動(dòng)，在坡腳的表層形成一條局部的滑面。含石率為50%時(shí)，微裂隙的分布基本密布在坡腳位置，在坡腳的位置形成一條局部的圓弧滑面，其滑面半徑約是含石率10%時(shí)的圓弧狀滑面半徑的1／4。就不同含石率下的滑坡體體積而言，含石率10%與20%時(shí)，滑坡體體積基本相同，無較大差異。含石率30%時(shí)，滑坡體體積明顯減少，約為含石率10%時(shí)滑坡體的1／8。含石率繼續(xù)增加至50%時(shí)，滑坡體體積繼續(xù)減少，約為含石率30%時(shí)滑坡體體積的1／2。

故土石混合體細(xì)觀特征對(duì)于邊坡穩(wěn)定性及滑面形成過程影響顯著。不同含石率下，滑面的形態(tài)各異，尤其含石率超過30%時(shí)，邊坡的失穩(wěn)形式發(fā)生明顯變化，滑面的形態(tài)也由整體向局部變化。

3 結(jié) 論

本文基于土石混合體邊坡實(shí)例開展顆粒離散元數(shù)值模擬研究，探討了純土體邊坡和土石混合體邊坡的穩(wěn)定性、變形承力機(jī)制和滑面破壞機(jī)理的差異，得到以下主要結(jié)論：

（1）塊石的存在直接影響土體邊坡內(nèi)部接觸力鏈的分布。相較于純土體邊坡，土石混合體邊坡內(nèi)部的接觸力鏈分布更加復(fù)雜，在塊石周圍形成剪切閉環(huán)傳力路徑。

（2）在純土體邊坡內(nèi)部，形成單一的邊坡滑面，且在滑面方向上，微裂隙呈發(fā)散分布態(tài)勢(shì)。在土石混合體邊坡內(nèi)，存在明顯的繞石現(xiàn)象。由于塊石的存在，滑面同時(shí)向兩個(gè)方向擴(kuò)展，且微裂隙發(fā)展相對(duì)集中。

（3）塊石的存在會(huì)改變邊坡內(nèi)部的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)坡體抵抗破壞的能力，降低邊坡失穩(wěn)的速度。且在不同含石率下，滑面的形態(tài)各異，尤其含石率超過30%時(shí)，邊坡的失穩(wěn)形式發(fā)生明顯變化，滑面的形態(tài)也由整體向局部變化。

可見，土石混合體邊坡與純土體邊坡存在明顯差距，塊石的存在會(huì)改變邊坡內(nèi)力的分布與傳遞及滑面的形成機(jī)制，且對(duì)于提高邊坡穩(wěn)定性有明顯作用。因此，在對(duì)土石混合體邊坡進(jìn)行研究時(shí)，必須充分考慮內(nèi)部塊石的大小、分布，考慮塊石對(duì)于邊坡力學(xué)性質(zhì)的影響。