滑坡运动中滑体变形解体研究综述

周海清，彭国园，周淑玲

(1.后勤工程学院 a.岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室；b.军事土木工程系，重庆 401311；2.总参工程兵第四设计研究院，北京 100850)

【基础理论与应用研究】

滑坡运动中滑体变形解体研究综述

周海清1a,1b，彭国园1a,1b，周淑玲2

(1.后勤工程学院 a.岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室；b.军事土木工程系，重庆 401311；2.总参工程兵第四设计研究院，北京 100850)

从滑坡的运动过程出发，对目前国内外滑坡运动全过程及滑体运动变形解体的研究进展进行了综述，并对滑坡运动过程中滑体变形解体的机制进行了初步探讨，指出了滑坡运动变形解体需要进一步深入研究的内容和今后的发展方向。

滑坡运动过程；滑体解体；综述

我国是一个多山的国家，滑坡灾害一直是地质灾害类型中很严重的灾害之一，它常常中断交通、摧毁厂矿、堵塞河道、掩埋村镇，给人民的生命财产造成巨大的损失[1]。边坡只要处于稳定状态，就不会发生滑坡灾害，因此滑(边)坡的稳定分析是岩土工程中的重要研究课题之一[2]。滑坡是一个动态过程，也是一个集滑动、转动、张拉等运动方式的复杂运动过程[3]。随着研究的深入，滑坡运动过程也成为滑坡研究的热点。一旦滑坡发生，最重要的是估计滑坡的致灾范围及预防滑坡次生灾害的发生，因此希望加强对滑坡运动过程的研究，从而到达预测滑体滑速和堆积范围等。岩土体是一种特殊的材料，其结构关系复杂，从理论上分析滑坡的运动过程常常把滑体看成连续可变的块体运动[4]。利用运动学原理计算滑体的速度、加速度、运动距离，应该考虑滑体在运动过程中由于内外部因素的作用产生变形、解体、分离等，因为滑体的运动形式复杂，并不是简单的整体下滑。因此，在对滑坡下滑过程进行模拟分析时应当充分考虑滑体的运动变形破坏解体。由于目前对滑坡运动过程中滑体的破坏模式尚不清楚，使得准确预测滑体的运动仍存在一定难度。当明确滑体运动过程中发生解体破坏的模式和破坏准则时，就可以将滑体的运动过程和破坏过程有机结合，实现对滑坡运动过程的精确分析。

1 滑坡运动物理理论模型研究

滑坡过程是一个运动的过程，研究人员基于运动学理论经过简化假设建立滑体的运动模型，虽然这些模型多是针对特定的滑坡建立的，其简化假设条件具有一定的局限性，但对推动理论模型的发展做出了贡献。

最早的滑坡运动模型为Heim于1932年提出的雪橇模型，该模型假定滑坡运动过程中只受到摩擦力，能量的耗散全部由摩擦引起，该模型虽然忽略了很多其他耗能因素，但其形式简单，与运动学理论相合。Sassa[5]改进了滑板模型，基于水力学基本原理，把滑坡体假想成流体，推导出滑坡和崩塌运动距离的预测公式。刘忠玉等[6]将滑体的运动形式看成是连续可变的块体运动，建立了可预测滑坡最大滑速和滑距及模拟滑坡发生后滑体运动全过程的滑坡运动模型。杨海清等[7]通过简化建立了三维弹簧变形块模型，定量预测滑体运动的全过程，建立了任意时刻滑体的加速度、速度和位移计算公式，计算出滑体在三维运动过程的最大距离、最大速度及滑动时间等。肖莉丽等[8]基于滑坡气垫层学说，分析了大型岩质滑坡高速滑动的成因和整体滑动的动态过程，提出了库岸高速岩质滑坡运动过程的分析模型。吴钟腾[9]以云南省彝良县麻窝滑坡为研究对象，以野外现场调查为基础，对该滑坡工程地质条件、变形破坏特征和形成机理进行了探讨，建立了基于运动学和能量守恒的滑坡运动距离的计算模型。廖小平等[10]探讨了高速远程滑坡的形成条件和运动规律，认为滑坡运动是一种连续可变的块体运动，提出了冲击性碰撞作用机理和连续可变的块体运动理论。另外，其他相关学者[11-13]也提出了滑体运动的理论模型，用于计算滑体的滑速、滑距等。

上述学者针对特定滑坡通过合理简化假设等建立了基于滑坡运动学的理论模型，对滑坡致灾范围和致灾强度的预测有重要的意义，但建立的模型都基于运动学或能量守恒理论，假定土为连续可变性材料，忽略了土的非连续大变形性质，这也是目前理论研究常常不能很好地应用于工程实际的原因，对此研究人员常常将单纯理论模型的推导与数值模拟、模型试验结合起来建立符合实际的滑坡动力学模型。

2 滑坡运动全过程的模拟

通过理论建立的滑坡运动模型由于不能够完全反映实际情况，将其推广到工程应用还存在一定的难度。为了探究滑体在运动过程中的一般规律，需要再现滑坡运动全过程，但实地滑坡发生由于时间、地点等不确定因素使得通过现场原位观测滑坡的运动过程存在难度，而数值模拟和模型试验却可以对滑坡运动的全过程进行模拟。

数值模拟及仿真方面，Hung[14]开发了模拟滑坡运动的分析软件DAN，并对一些典型的滑坡进行了全过程模拟。赵川等[15]利用离散元理论模拟滑坡运动过程，模拟了不同时刻滑体的速度分布。钟登华等[16]运用三维极限平衡法分析了滑坡失稳的诱发机制，提出了库岸滑坡运动过程的数值模拟计算和可视化动态模拟分析流程，实现了滑坡运动全过程的统一和三维可视化动态表达。王宇等[17]运用基于离散元法的颗粒流(PFC)程序，引入平行粘结模型，通过模拟，确定了滑带土细观参数与宏观力学性质的关系，据此建立滑坡模型，运用颗粒流离散元法对滑坡运动渐进破坏全过程进行数值模拟。张龙等[18]利用三维颗粒流软件PFC3D对重庆武隆鸡尾山岩质滑坡进行全过程模拟，研究表明：鸡尾山高速远程滑坡滑源区的岩体首先发生破碎化，然后碎屑物在斜坡上经加速运动进一步解体，最终形成碎屑流。殷坤龙等[3]应用非连续变形分析方法对长江三峡库区新滩滑坡的运动全过程进行了数值模拟研究，很好地再现了新滩滑坡发生的整个动态过程。谭冬生等[19]应用 Open GL 软件开发出滑坡三维可视化软件，实现滑坡模型的建立、滑坡数据管理、稳定性计算、三维动态模拟，解决滑坡预测预报及动态仿真模拟问题。吴德彬等[20]利用三维建模软件Multigen Creator建立滑坡体仿真模型，提取正常情况和连续降雨情况下的监测数据，利用三维虚拟仿真软件Vega分别模拟了这两种情况下整个滑坡体的动态滑动过程。另外，许多学者[21-23]利用数值模拟对滑坡运动进行模拟，取得了不少成果。

模型试验模拟滑坡运动过程方面，刘涌江等[24]采用模型试验，以塑料块模拟岩体运动过程中的相互碰撞、破碎的过程，得到了不同速度段岩体体积的分布规律。郝明辉等[25]利用自行设计的滑槽模型试验装置开展室内物理模型试验对滑坡破坏解体后形成的碎屑流的颗粒运动情况进行了研究。季宪军等[26]通过开展室内物理模型试验，再现了黏性碎屑物质坡面运动过程及运动过程中的滑体不连续变形现象。在模型试验模拟滑坡运动过程中的相关问题方面很多学者也做了相关研究[27-28]。

数值模拟与模型试验是岩土工程研究中常用的技术手段，在模拟滑坡运动方面更是发挥了重要作用，但数值模拟的成败取决于模型参数的选取和边界条件的确定，而模型试验相似材料的选取、相似比的确定是整个模型是否能正确反映原型的关键。

上述学者对滑坡运动全过程的模拟，采用了先进的数值模拟和较为可靠的模型试验方法，对推进滑坡运动过程的研究起到了重要作用，但还存在一定的问题。数值计算是基于一定的理论模型，目前的离散元模型很适合模拟土体大变形的问题，但土体的破坏准则在离散元理论中的实现很难做到与实际情况相符。

3 滑体运动变形解体机制研究

滑坡运动过程中滑体在内外部因素作用下，会发生不同程度的变形和解体。滑体解体这一现象在滑坡中很常见，只要是滑坡就会发生解体，只是解体程度大小不同，目前关于滑坡运动过程中的解体现象缺乏系统全面的研究，大多运用地质力学原理进行简单的宏观分析，并没有对解体程度、影响因素、影响规律进行深入探讨。

胡广韬[29]指出滑坡的后缘受拉而形成与滑坡运动方向大体垂直的张裂缝，滑坡体前缘由于受挤压产生方向接近于滑动方向的压缩裂缝。因此，在前后挤压带与拉张带之间的坡体上，常形成多级滑坡台地使滑体沿横向解体；在滑坡体的两侧及底部，由于滑动面的抗滑阻力，常形成许多羽状剪切裂缝。由于沿滑动方向各部分的阻力和滑速不同也可使滑体产生纵向解体。这是关于滑坡解体的较早描述，可认为是宏观上的解体，表现为滑体主体被分解成多个宏观尺寸较大且相对完整的次级部分滑体。陈自生[30]指出多数岩质滑坡和土质滑坡在高位剪出时能转化为碎屑流动，其转化的关键是滑体要经过充分的解体，即滑体要由整体向碎屑乃至更细小的物质转化。陈晓清[31]指出滑坡在转化为泥石流的过程中首先发生滑体解体，这是滑体整体向最小尺寸碎屑转化的过程，实质上是由于滑体非连续变形引起的各种形式的解体。谢洪等[32]在研究标水岩沟滑坡型泥石流时指出，动力条件是形成泥石流必不可少的条件，充足的动力能使岩土体具有较高的能量，岩土体在高速过程中运动状态改变时容易产生解体。朱云波等[33]认为滑体在滑出后碎屑化沿途主要经历了铲刮、碰撞、剥离解体等过程，这些都是滑坡体解体的重要原因。吴越等[34]利用模型试验研究滑体下滑过程中冲击受灾体的能耗规律时，发现考虑滑体内部耗能的结果要合理得多。内部耗能包括滑体崩解耗能。另外，相关文献[35-36]也提到了滑体运动解体现象。

滑体运动过程中解体对滑坡的运动状态有很大的影响，会影响滑体的速度、运动距离等，解体后的物质在运动过程中可能会转化成泥石流、碎屑流等滑坡次生灾害，因此摸清滑坡解体的规律，能够提高预测滑坡致灾范围的准确性。

4 展望

滑坡的运动过程分析一直是滑坡研究的难点，这是由于滑坡土各种各样，滑坡发生地条件多种多样，这使得不同滑坡在运动过程中表现出不同的特性。通过分析和实地调查发现，使得滑体运动表现不同的原因有内部因素和外部因素。内部因素就是滑体本身的性质，主要有：土的种类、粒径大小、应力状态等；外部因素主要是场地条件相关的因素，如滑动面的情况、滑动路径等。

由前述可知：滑体的解体对滑坡的运动状态、致灾范围及程度的预测、滑坡次生灾害的引发有影响。而目前相关研究很少，因此希望加强对滑体解体的基础性研究，为此类灾害的预报及针对性的治理提供依据。滑体运动解体在动力学上可解释为：滑体运动过程中由于组成滑体的各部分形成了速度差异而使滑体产生了相应的“解体力”，当这些部分之间的强度不足以抵抗“解体力”时，整体就会分解成若干部分。解体在滑体运动过程中一直发生，直至运动停止。不同运动阶段滑体解体的程度不同。通过前期的研究可确定今后研究滑体解体的内容及可行的方法。

在研究内容方面，滑坡的解体是在滑体运动过程中发生的，而之前相关的研究多没有考虑此现象。因此，在研究滑坡运动过程时可以将滑坡的解体现象考虑进去，这样在模拟滑坡过程时可以对滑坡的解体状态进行研究。通过改变内外部因素对解体的规律进行探讨，得出不同条件下滑体解体的规律，为预测滑体是否会发生解体及预测解体的方式提供依据。同时，通过对比不同的影响因素，研究多因素耦合下的滑坡解体规律，确定影响滑体解体的主要因素。在研究方法方面，随着计算机技术的发展，数值模拟在岩土工程研究中发挥越来越重要的作用，以PFC颗粒流为代表的离散元数值模拟软件能够很好的模拟土大变形、运动中不连续可分离的特点，此可以利用此数值模拟软件PFC对滑坡的运动全过程进行模拟，通过改变边界条件、滑体材料的性质等对滑坡的运动规律进行研究。物理模型试验也是研究滑坡问题的重要手段，通过模型试验既可以对滑坡的原型进行模拟，也可以根据需要调整至自己想要的条件进行模拟。对比数值模拟和模型试验两种方法可以对滑体运动解体问题进行综合对比分析，得到合理的滑体运动解体因素及规律。

5 小结

对滑体的运动全过程及滑体运动解体的研究现状进行了综述并对滑体解体的研究方向及可行的研究手段进行了展望。滑体解体现象很常见但缺乏研究者的关注，系统化的研究成果很少，在滑体运动解体对滑坡的运动过程的影响及滑坡灾害的预测及防治方面需要研究的问题还很多。

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(责任编辑 唐定国)

The Review of the Deformation and Disintegration During the Land-slide Process

ZHOU Hai-qing1a,1b,PENG Guo-yuan1a,1b，ZHOU Shu-ling2

(1.a.Chongqing Key Laboratory of Geomechanics & Geoenvironmental Protection;b.Department of Civil Engineering, Logistical Engineering of University, Chongqing 401311, China;2.Beijing CanBao Institude of Architectural Design, Beijing 100085, China)

This paper summarizes the research process which is focus on the whole landslide process,the deformation and the disintegration.Besides,the paper also made preliminary discussion about the mechanism of the disintegration.The summarization points out new direction and new analysis points for further research about the deformation and disintegration in the landslide process.

landslide process；disintegration in landslide；review

2016-09-17；

2016-10-22

国家自然科学基金资助项目(41272356)

周海清(1971—)，男，博士，教授，主要从事防灾减灾工程研究。

10.11809/scbgxb2017.02.040

周海清，彭国园，周淑玲.滑坡运动中滑体变形解体研究综述[J].兵器装备工程学报，2017(2):182-185.

format:ZHOU Hai-qing,PENG Guo-yuan,ZHOU Shu-ling.The Review of the Deformation and Disintegration During the Land-slide Process[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(2):182-185.

TU45

A

2096-2304(2017)02-0182-04