杜強(qiáng)， 曲立強(qiáng)， 劉俊芳，2*

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院， 呼和浩特 010051； 2.沙旱區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與巖土工程防御自治區(qū) 高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010051； 3.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系， 上海 200092)

近年來，中國部分地區(qū)暴雨頻發(fā)，引發(fā)了眾多地質(zhì)災(zāi)害，滑坡是常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，滑坡災(zāi)害會(huì)對(duì)周邊人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，降雨是導(dǎo)致滑坡的重要因素[1]。然而降雨誘發(fā)滑坡的形成機(jī)理和力學(xué)過程比較復(fù)雜，迄今仍是尚未取得共識(shí)的前沿課題。

中外學(xué)者針對(duì)降雨誘發(fā)滑坡進(jìn)行了一系列研究，取得了許多成果，如朱譚方等[2]、胡航[3]、 Liang等[4]分別對(duì)硬土軟巖、松散堆積土體和膨脹土邊坡進(jìn)行了滑坡啟動(dòng)機(jī)理的研究；孫立娟等[5]、 Jiang等[6]探索了庫水復(fù)活型滑坡的破壞模式與力學(xué)機(jī)制；耿正等[7]研究了前緣反傾式鎖固型滑坡在不同坡面形態(tài)時(shí)的變形破壞狀態(tài)等；但在研究方法上存在諸多差異，其中，離心模型試驗(yàn)具有能近似模擬原型重力場(chǎng)應(yīng)力條件、可以再現(xiàn)自重應(yīng)力場(chǎng)及與自重有關(guān)的變形過程、可以直觀揭示變形破壞機(jī)理等優(yōu)點(diǎn)在滑坡機(jī)理研究方面得到廣泛的應(yīng)用。薛德敏[8]、錢紀(jì)蕓等[9]通過離心模型試驗(yàn)，研究了邊坡的漸進(jìn)破壞機(jī)理、變形和破壞特性等問題；詹良通等[10]利用離心模型試驗(yàn)，對(duì)雨強(qiáng)—?dú)v時(shí)警戒曲線進(jìn)行了驗(yàn)證；王維早等[11]]通過離心模型試驗(yàn)，研究了強(qiáng)降雨誘發(fā)沿基覆界面滑動(dòng)的淺表層堆積層滑動(dòng)形成機(jī)制；杜強(qiáng)等[12]和周健等[13]利用自主研發(fā)的可視化離心機(jī)模型試驗(yàn)裝置對(duì)無黏性土滑坡型泥石流的形成機(jī)理進(jìn)行了研究。上述研究大多是從宏觀的角度對(duì)離心模型試驗(yàn)中的滑坡過程進(jìn)行研究，然而滑坡是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，存在巖土體的滑動(dòng)、平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和土體的斷裂及松散等復(fù)雜過程，具有宏觀上的不連續(xù)性和單個(gè)土體運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性。因此，從土體細(xì)觀尺度層面入手探索顆粒運(yùn)動(dòng)與宏觀力學(xué)特性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)對(duì)于研究滑坡有重要意義。同時(shí)，在目前針對(duì)滑坡機(jī)理研究方面的數(shù)值模擬方法中，離散單元法克服了傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型的宏觀連續(xù)性假設(shè)，在獲得土體宏觀力學(xué)響應(yīng)的同時(shí)，也可以從細(xì)觀的角度去模擬土體的力學(xué)特性，并能獲得任意時(shí)刻試樣細(xì)觀組構(gòu)的空間分布狀況及其相關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息，通過對(duì)土體顆粒結(jié)構(gòu)的細(xì)觀參數(shù)的研究來分析和解釋其宏觀力學(xué)響應(yīng)。從細(xì)觀和非連續(xù)角度研究滑坡形成機(jī)理，將有助于揭示滑坡的力學(xué)機(jī)理，基于滑坡的離心模型試驗(yàn)，針對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，開展相應(yīng)的數(shù)值模擬分析和驗(yàn)證十分必要。

不少學(xué)者采用離散元方法對(duì)滑坡進(jìn)行了研究。李龍起等[14]通過PFC2D數(shù)值模擬軟件引入接觸黏結(jié)模型模擬降雨誘發(fā)邊坡破壞過程特征；戴健健等[15]利用PFC2D標(biāo)定了土體的細(xì)觀參數(shù)并建立了邊坡顆粒流模型，對(duì)位移突變準(zhǔn)則進(jìn)行了改進(jìn)；Va-lentino等[16]通過室內(nèi)小模型試驗(yàn)和離散元法相結(jié)合的方法，對(duì)斜面上干砂顆粒的流動(dòng)進(jìn)行分析，在試驗(yàn)過程中通過設(shè)置特征顆粒觀察顆粒的流動(dòng)現(xiàn)象和破壞特征,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)現(xiàn)象一致，并指出采用顆粒流程序?qū)δM滑坡的可行性,缺點(diǎn)是數(shù)值模擬中只考慮顆粒間的相互作用，忽略了水體的作用；馬秋娟等[17]利用自制模型槽結(jié)構(gòu)，結(jié)合PFC2D數(shù)值模擬軟件，對(duì)坡度為25°固定單寬流量下滑坡啟動(dòng)過程進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值模擬；李世俊等[18]利用離心模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法研究了采空條件下邊坡的漸進(jìn)破壞過程及破壞模式；周健等[19]采用PFC3D對(duì)滑坡型泥石流啟動(dòng)過程的模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬研究。以上研究，基于數(shù)值模擬成果，研究試樣宏觀力學(xué)性質(zhì)和細(xì)觀參數(shù)的演化規(guī)律，從細(xì)觀角度對(duì)土體滑坡的演化機(jī)理進(jìn)行闡述，但未考慮滑坡過程中土-水相互作用問題和滑坡前坡體的非飽和特性。

鑒于此，現(xiàn)利用自行研制的降雨誘發(fā)滑坡離心模型試驗(yàn)裝置進(jìn)行離心模型試驗(yàn)，在接近實(shí)際應(yīng)力條件下分析粗砂坡體滑坡的宏細(xì)觀力學(xué)特性及演化規(guī)律，同時(shí)考慮滑坡發(fā)生前土體的非飽和特性，對(duì)PFC3D的模擬方法進(jìn)行改進(jìn)，并用改進(jìn)后的方法對(duì)粗砂滑坡形成過程進(jìn)行數(shù)值模擬，從細(xì)觀角度對(duì)離心模型試驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)充。

1 離心模型試驗(yàn)

利用同濟(jì)大學(xué)土工離心機(jī)進(jìn)行降雨誘發(fā)粗砂滑坡的離心模型試驗(yàn)，離心模型試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

離心模型的比尺為20，離心加速度為20g(g為重加速度)。在制備模型時(shí)模型的物理量嚴(yán)格按照相應(yīng)的比尺進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外，模型試驗(yàn)是完全理想狀態(tài)，而實(shí)際邊坡不論從邊界條件、土體性質(zhì)方面均與模型試驗(yàn)存在一定的差異。離心機(jī)內(nèi)采用90 cm×70 cm×70 cm且一側(cè)透明的模型箱，在模型箱內(nèi)放置模型槽，模型槽寬度為25 cm，深度為20 cm。試驗(yàn)過程中通過調(diào)整空氣壓縮機(jī)的不同氣壓值來控制降雨強(qiáng)度。

為節(jié)省時(shí)間和獲得更好試驗(yàn)破壞效果，采用0.005～0.10 mm的石英粉作為試驗(yàn)土樣模擬粗砂，模擬粗砂的顆粒級(jí)配曲線如圖2所示。

圖2 模擬粗砂的顆粒級(jí)配曲線Fig.2 Particle size distribution curve of simulated coarse sand

選取降雨強(qiáng)度36、43、50、56 mm/h共進(jìn)行了4組離心機(jī)模型試驗(yàn)，試驗(yàn)編號(hào)分別為LX-1、LX-2、LX-3、LX-4。圖3為不同降雨強(qiáng)度下模擬粗砂坡體滑坡的破壞模式。

圖3 坡體破壞模式Fig.3 Failure mode of slope

由圖3可以看出，在降雨強(qiáng)度36～50 mm/h的條件下，坡體表面產(chǎn)生明顯的下沉，當(dāng)降雨進(jìn)行到一定時(shí)間時(shí)，坡體后部土體突然啟動(dòng)，并推動(dòng)前部土體整體流滑，滑動(dòng)的土體在降雨的作用下，迅速發(fā)生滑動(dòng)?；滦纬赏蝗?，破壞規(guī)模大，滑動(dòng)速度快。在降雨強(qiáng)度56 mm/h下，坡體沒有發(fā)生明顯的沉降，降雨快速入滲后，坡體整體在某一時(shí)刻直接流態(tài)化，以黏稠狀水土混合物的形態(tài)快速向下流動(dòng)。

2 數(shù)值模擬方法的改進(jìn)

為了進(jìn)一步從細(xì)觀方面對(duì)滑坡形成過程及機(jī)理進(jìn)行研究，利用三維顆粒流程序(PFC3D)建立數(shù)值模擬模型，模擬滑坡的形成過程，分析顆粒位移矢量、速度矢量、顆粒接觸力的變化以及水土相互作用規(guī)律，從細(xì)觀角度研究由降雨誘發(fā)的滑坡現(xiàn)象，對(duì)離心模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充。

采用微小顆粒類液態(tài)法[18]進(jìn)行建模，在前期模擬室內(nèi)模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)離心模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。由于離心比尺效應(yīng)，進(jìn)行模擬時(shí)需要將土顆粒的粒徑縮小，但考慮到計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，以及水顆粒的模擬，土顆粒的粒徑無法與離心模型試驗(yàn)時(shí)相同，即將原型土體的粒徑縮小20倍。采用兩種方法解決上述問題。一種方法是采用與原型土體相同的顆粒粒徑，通過對(duì)水顆粒施加一定的黏滯系數(shù)來近似模擬(下文簡(jiǎn)稱大顆粒方法)；另一種方法是將原型土顆粒體積縮小20倍來近似模擬(下文簡(jiǎn)稱小顆粒方法)。

離心模型試驗(yàn)數(shù)值模擬的模型槽由四面剛性墻組成，其中一級(jí)坡體30°、底面長度50 cm，二級(jí)坡體10°、底面長度21 cm，底板與土顆粒設(shè)置相同的摩擦系數(shù)，取值0.6；其他三面(前、后、右)墻體代表試驗(yàn)中的玻璃側(cè)壁和后壁，墻體高度0.3 m，摩擦系數(shù)取值為0，忽略墻體對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)的影響，墻體的細(xì)觀參數(shù)取值如表1所示，在模型槽的左下側(cè)沒有墻體的存在，以便顆?？梢詮脑撎幾杂苫?。坡體坡面的長度60 cm，坡體高度0.1 m，模型槽寬度25 cm。采用大顆粒方法時(shí)，顆粒粒徑范圍5.0～10.0 mm，水顆粒為 0.3～0.6 mm，重力加速度為20g，土顆粒間的接觸模型采用接觸黏結(jié)模型和滑移模型，并對(duì)水顆粒設(shè)置黏滯系數(shù)，顆粒的細(xì)觀參數(shù)如表1所示。

采用小顆粒方法時(shí)，顆粒體積在模擬室內(nèi)模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上縮小20倍，土顆粒粒徑范圍1.84～3.68 mm，水顆粒為0.1～0.2 mm，重力加速度為20g，顆粒間的接觸模型采用接觸黏結(jié)模型和滑移模型，顆粒的細(xì)觀參數(shù)如表2所示。

表1 大顆粒方法滑坡數(shù)值模擬細(xì)觀參數(shù)Table 1 Meso-parameters for numerical simulation of landslides by large particle method

離心模型試驗(yàn)的數(shù)值模擬模型圖如圖4所示。與離心模型試驗(yàn)降雨條件相同，水顆粒只生成在一級(jí)坡體上的坡體內(nèi)部，二級(jí)坡體內(nèi)沒有水顆粒。

表2 小顆粒方法滑坡數(shù)值模擬細(xì)觀參數(shù)Table 2 Mesoparameters for numerical simulation of landslide by small particle method

圖4 數(shù)值模擬模型圖Fig.4 Numerical simulation model diagram

3 數(shù)值模擬結(jié)果與細(xì)觀分析

對(duì)降雨誘發(fā)滑坡離心模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬試驗(yàn)現(xiàn)象與離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象基本一致，圖5為采用大顆粒方法對(duì)離心模型試驗(yàn)進(jìn)行模擬的數(shù)值模擬和離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比圖。

從圖5中可以看出：在試驗(yàn)初期，水顆粒均勻分布在坡體內(nèi)部且以向下運(yùn)動(dòng)為主，導(dǎo)致坡體產(chǎn)生沉降現(xiàn)象。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，水顆粒在土顆粒的孔隙間不斷運(yùn)動(dòng)，并在坡體內(nèi)部匯集，使得坡體含水率增大，當(dāng)坡體內(nèi)部含水率接近飽和時(shí)，土顆粒間的黏結(jié)力被破壞，坡體抗剪強(qiáng)度喪失，發(fā)生流滑。宏觀上表現(xiàn)為后部土體下沉，推動(dòng)前部土體向下快速運(yùn)動(dòng)。通過數(shù)值模擬和離心模型試驗(yàn)試驗(yàn) 現(xiàn)象的對(duì)比，可以看出數(shù)值模擬基本上再現(xiàn)了離心模型試驗(yàn)的試驗(yàn)過程，且坡體內(nèi)部水分的分布情況也與離心模型試驗(yàn)基本一致，說明本文的數(shù)值模擬方法具有可行性。

圖6為采用小顆粒方法對(duì)離心模型試驗(yàn)進(jìn)行模擬的數(shù)值模擬和離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比圖。

將圖5和圖6對(duì)比可以看出：兩種方法都較好的模擬了離心模型試驗(yàn)中坡體發(fā)生整體流滑的現(xiàn)象，坡體內(nèi)部水分的分布情況也與離心模型試驗(yàn)基本一致。稍有不同的是，采用小顆粒方法進(jìn)行模擬時(shí)，在試驗(yàn)初期更接近離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象，坡腳處含水率低，坡體后部出現(xiàn)了明顯的下沉。而在試驗(yàn)后期，由于顆粒數(shù)量多，水顆粒運(yùn)動(dòng)速度較快，坡體后部土體流動(dòng)更快，破壞規(guī)模要比采用大顆粒方法時(shí)更大，水顆粒的匯集會(huì)將部分土顆粒擠到坡體上方。

圖7和圖8分別為坡體在降雨作用下形成滑坡過程中土顆粒位移矢量和速度矢量的變化情況。

圖5 大顆粒方法數(shù)值模擬與離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比圖Fig.5 Comparison of numerical simulation and centrifuge test

圖6 小顆粒方法數(shù)值模擬與離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比圖Fig.6 Comparison of numerical simulation and centrifuge test

對(duì)土顆粒的細(xì)觀運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，在試驗(yàn)初期，坡體后部土顆粒的運(yùn)動(dòng)方向以豎直向下為主。此后，土顆粒速度隨時(shí)間的增加呈增大趨勢(shì)，其中以土體后部的顆粒速度最大，坡體后部速度較大的原因是水顆粒的快速流動(dòng)破壞土顆粒間的黏結(jié)力，后部土體坍塌呈散粒體狀態(tài)，這將造成后部土體顆粒高度方向上的更大分離和相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而中部土顆粒的運(yùn)動(dòng)方向以平行于坡面方向?yàn)橹?，且位移矢量要大于坡體前部，使得坡體有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，土體內(nèi)部土顆粒受到斜槽底部摩擦作用和坡腳土體的束縛作用較大，使得土體顆粒的速度分布相對(duì)均勻。前部土顆粒的運(yùn)動(dòng)則以平行于坡底方向的向下運(yùn)動(dòng)為主，距表層越近的顆粒位移越大，這將造成土體顆粒的剪切和錯(cuò)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)速度較小。坡體前部速度較小的原因可能是前部水顆粒較少，土體呈非飽和狀態(tài)，顆粒間的黏結(jié)力相對(duì)較大。上述顆粒速度、位移大小和方向的差異，使得原本規(guī)則的坡體向波浪狀發(fā)展，當(dāng)滑坡形成時(shí)，坡體是以一個(gè)整體快速向下滑動(dòng)的。

圖7 土顆粒位移矢量變化圖Fig.7 Variation of displacement vector of soil particles

圖8 土顆粒速度矢量變化圖Fig.8 Variation of velocity vector of soil particles

為了驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性，在離心模型試驗(yàn)中設(shè)置數(shù)碼顯微鏡對(duì)土坡局部土體進(jìn)行細(xì)觀觀測(cè)，觀測(cè)位置及細(xì)觀運(yùn)動(dòng)結(jié)果如圖9所示。

圖9 細(xì)觀觀測(cè)區(qū)域在坡體位置Fig.9 Mesoscopic analysis area of debris flow slope

1#、2#觀測(cè)點(diǎn)的細(xì)觀觀測(cè)圖片如圖10所示。由圖10可知，試驗(yàn)初期，雨水的入滲導(dǎo)致坡體沉降，由于坡腳上方?jīng)]有降雨，此時(shí)坡腳處顆粒幾乎沒有變化，而坡體中部顆粒發(fā)生明顯的下沉，可以看到顆粒 A 主要發(fā)生豎向移動(dòng)，粗顆粒骨架之間的孔隙減小。隨著降雨的進(jìn)行，坡腳處細(xì)觀觀測(cè)區(qū)域內(nèi)沿斜坡方向出現(xiàn)大量細(xì)顆粒，填充了粗顆粒骨架間的孔隙，坡腳處的顆粒A發(fā)生沿斜坡方向的移動(dòng)。坡體中部細(xì)顆粒同樣有所增加，且土體的含水率明顯升高。觀測(cè)區(qū)域內(nèi)顆粒A的豎向位移增大，同時(shí)也發(fā)生了一定的水平位移。降雨進(jìn)行到 420 s時(shí)，標(biāo)志顆粒A已運(yùn)動(dòng)出觀測(cè)區(qū)域，坡腳處含水率增加，但土體飽和度較低，結(jié)合宏觀現(xiàn)象可知坡腳處沒有雨水滲出。而在坡體中部，觀測(cè)區(qū)域內(nèi)細(xì)顆粒含量明顯增多，且含水率很高，土體接近飽和狀態(tài)，坡體中流動(dòng)的孔隙水帶動(dòng)細(xì)顆粒向下遷移。數(shù)值模擬得到的顆粒細(xì)觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律與離心模型試驗(yàn)觀測(cè)到的宏觀現(xiàn)象及細(xì)觀試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

圖10 細(xì)觀觀測(cè)圖片F(xiàn)ig.10 Mesoscopic observation images of analysis area

圖11 水顆粒速度矢量變化圖Fig.11 Variation of velocity vector of water particles

圖11為數(shù)值模擬時(shí)，水顆粒的速度矢量變化圖。從圖11中可以看出，在試驗(yàn)初期，水顆粒的速度矢量方向近乎垂直于土體表面，最大的流速出現(xiàn)在坡體表面處。坡體內(nèi)部水顆粒分散分布，顆粒速度較小。隨著降雨的進(jìn)行，坡體內(nèi)部水顆粒的速度開始增加，且坡體后部水顆粒的速度大于坡體前部，最大滲流速度在坡體中部位置，在水顆粒的作用下，坡體呈整體流滑破壞。

水顆粒在坡體內(nèi)部聚集并逐漸向坡體下方運(yùn)動(dòng)，可以看出坡體下部水顆粒的速度明顯大于上部。降雨入滲使得水進(jìn)入到坡體底部，并在底部集聚使得流速逐漸增大，在水顆粒的攜帶下，發(fā)生整體流滑的松散土顆粒與水顆粒混合在一起，向下運(yùn)動(dòng)。水顆粒速度的變化從細(xì)觀方面反映了滑坡的形成過程。

圖12為滑坡形成過程中土顆粒間的接觸力分布情況。

土顆粒間的接觸力主要是由重力引起的，在滑坡發(fā)生前，接觸力沿坡體高度方向遞增分布，坡體下部接觸力較大。此時(shí)土體前部顆粒間的接觸力相對(duì)比較小。粗砂坡體是個(gè)具有散體顆粒性質(zhì)的集合體，由于試驗(yàn)中存在一定的初始含水率，使得顆粒之間存在一定的黏結(jié)力，坡體成一個(gè)整體。在降雨的作用下，水顆粒的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致土體發(fā)生整體流滑破壞，表現(xiàn)出散體性質(zhì)，土體間的接觸力基本分布在土體的前部，而此時(shí)滑坡體后部的接觸力很小。土體顆粒接觸力的變化表明，粗砂坡體在降雨作用下逐漸轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變的過程將使得土顆粒的受力和顆粒的接觸性質(zhì)發(fā)生變化。這從細(xì)觀層面證實(shí)了離心模型試驗(yàn)中得到的滑坡形成過程中，坡體內(nèi)部含水率的變化情況，即認(rèn)為滑坡體的頭部土體含水率較低，固體顆粒性質(zhì)起主要作用，固體顆粒的接觸產(chǎn)生了接觸力，而滑坡體的后部基本呈流態(tài)狀，水體的浮力和潤滑作用，導(dǎo)致顆粒間的接觸力下降。

圖13給出了水顆粒在下滑過程中顆粒間的接觸力分布情況。水顆粒間的接觸力變化可以近似體現(xiàn)坡體內(nèi)部含水率和孔隙水壓力的變化情況。在試驗(yàn)初期，坡體內(nèi)部的水顆粒分散分布，因此水顆粒間的接觸力較小，可以認(rèn)為此時(shí)坡體內(nèi)部處于非飽和狀態(tài)，土顆粒間有較大的基質(zhì)吸力?；|(zhì)吸力的存在使得坡體處于初始穩(wěn)定狀態(tài)。隨著雨水的不斷下滲，水顆粒開始相互連接，并在坡體內(nèi)部匯集，水顆粒間的接觸力明顯增大，宏觀上表現(xiàn)為坡體內(nèi)部含水率和孔隙水壓力的升高。孔壓的升高使得土顆粒間的基質(zhì)吸力喪失，土體抗剪強(qiáng)度降低，當(dāng)抗剪強(qiáng)度減小到一定程度后，在重力的作用下，坡體發(fā)生整體流滑，并迅速流動(dòng)。

圖12 土顆粒接觸力分布圖Fig.12 Distribution of soil particle contact force

圖13 水顆粒接觸力分布圖Fig.13 Contact force distribution of water particles

綜合土顆粒和水顆粒的接觸力變化情況可知，由降雨誘發(fā)的砂土坡體在滑動(dòng)過程中，會(huì)導(dǎo)致坡體內(nèi)部受力和顆粒性質(zhì)發(fā)生根本變化。

結(jié)合上述數(shù)值模擬結(jié)果，從細(xì)觀的角度來分析滑坡的形成機(jī)理，在滑坡形成前，土顆粒之間相互接觸，土顆粒間的接觸力和黏結(jié)力使得坡體處于平衡狀態(tài)，具有一定的強(qiáng)度。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，水顆粒在坡體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，對(duì)土顆粒施加作用力。當(dāng)水顆粒的作用力大于土顆粒之間的黏結(jié)力時(shí)，土顆粒之間開始發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，重新調(diào)整位置，土顆粒之間的孔隙減小。如果此時(shí)孔隙間的水顆粒無法滲出，土顆粒會(huì)懸浮在水顆粒之中，土顆粒間的接觸減少甚至脫離，土顆粒之間的相互作用力將轉(zhuǎn)化為土顆粒與水顆粒之間的作用力，土體出現(xiàn)流體特征，抗剪強(qiáng)度喪失，此時(shí)說明坡體已經(jīng)發(fā)生流滑，隨后土顆粒與水顆?；旌显谝黄鹣蛳驴焖龠\(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)論

(1)通過數(shù)值模擬現(xiàn)象和離心模型試驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比，可以看出數(shù)值模擬基本上再現(xiàn)了離心模型試驗(yàn)的試驗(yàn)過程，且坡體內(nèi)部水分的分布情況也與離心模型試驗(yàn)基本一致，說明本文改良后的數(shù)值模擬方法具有可行性。

(2)從數(shù)值模擬結(jié)果來看滑坡的形成機(jī)理為：孔隙間的水顆粒無法滲出，土顆粒會(huì)懸浮在水顆粒之中，土顆粒間的接觸減少甚至脫離，土體出現(xiàn)流體特征，抗剪強(qiáng)度喪失。

(3)從細(xì)觀的方面來看，滑坡有兩種可能的發(fā)展過程：一是如果整個(gè)坡體完全滑動(dòng)，坡體內(nèi)部各處水顆粒施加給土顆粒的作用力與此位置土顆粒的接觸力正好相等(此時(shí)土顆粒不再傳遞接觸力)，坡體流滑；另一種是前部土體沒有完全破壞，水顆粒施加給土顆粒的作用力要大于第一種情況，或者說等于土顆粒重力和前部土顆粒的接觸力之和時(shí)，坡體發(fā)生流滑。從這個(gè)細(xì)觀機(jī)制來說，流滑應(yīng)該首先從后部產(chǎn)生，然后向前部發(fā)展。