作者：郑海君1, 王运生1, 谭文俊2, 蔡国军1
作者单位：1. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室 ，四川 成都 610059;
2. 四川东荣惠凯建设工程有限公司，四川 成都 610200
关键词：土质边坡;后缘拉裂;临界深度;细观破坏
摘要：
土质边坡渐近滑动失稳为典型破坏模式之一，即后缘临界拉裂和圆弧滑动。该文从线弹性断裂力学应力强度因子出发，考虑裂隙水对张拉裂隙面的作用，获得张拉裂隙扩展的临界深度，即$ h={f}^{-1}(\gamma ,c,\varphi ,{h}_{w},{\gamma }_{w},{K}_{\mathrm{Ⅰ}c}) $。运用离散元颗粒流（PFC2D）方法对后缘张拉裂隙具有临界深度的土质边坡细观破坏进行了模拟分析。结果表明：土质边坡滑移过程具有阶段性，表现为先圆弧滑动面形成，再失稳滑移；在细观上，整个边坡裂纹扩展以张拉裂纹为主，展现出从下往上的特征；边坡位移演化与微裂纹扩展不具有同一性，从坡脚至坡顶，坡表至坡内，位移呈现出递减趋势。该研究可揭示后缘张拉裂隙临界深度值，以及土质边坡圆弧滑动细观破坏机制。
Mesoscopic failure mechanism of soil landslide with a tensile crack on the trailing edge
ZHENG Haijun1, WANG Yunsheng1, TAN Wenjun2, CAI Guojun1
1. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology , Chengdu 610059, China;
2. Sichuan Dongrong Huikai Construction Engineering Co., Ltd., Chengdu 610200, China
Abstract: Asymptotic sliding instability of soil slope is one of the typical failure modes, including critical tensile crack and arc sliding. In this paper, starting from the stress intensity factor of linear elastic fracture mechanics, considering the effect of fracture water on the tensile fracture surface, the critical depth of extension of the tensile fracture is deduced, namely $h={f}^{-1}(\gamma ,c,\varphi ,{h}_{w},{\gamma }_{w},{K}_{\mathrm{Ⅰ}c})$. The discrete element particle flow (PFC2D) method was used to simulate and analyze the mesoscopic failure of the soil slope with a critical tensile crack on the trailing edge. The results show that: The slippage process of the soil slope is staged, manifested as the first arc sliding surface is formed, and then the instability slippage; In the microscopic view, the entire slope crack propagation is a mainly tensile crack, showing the characteristics from bottom to top; The slope displacement evolution is not the same as the microcrack propagation. From the toe to the top, the surface to the interior of the slope, the displacement shows a decreasing trend. This study reveals the critical depth value of the trailing edge tension crack and the mesoscopic failure mechanism of the soil slope in the arc sliding phase.
Keywords: soil landslide;tensile crack;critical depth;mesoscopic failure
2022, 48(6):1-7 收稿日期: 2021-04-20;收到修改稿日期: 2021-05-11
基金项目: 国家自然科学基金面上项目（41877235）；自然资源部中国地质调查局地质调查项目（DD20190714）
作者简介: 郑海君（1979-），女，辽宁锦州市人，助理研究员，硕士，主要从事土力学试验研究与教学方面的工作
参考文献
[1] 朱大鹏, 彭泰鑫, 黄玲. 砂土垫层的缓冲效应试验研究[J]. 中国测试, 2020, 46(3): 44-51
[2] 康孝森, 廖红建, 冷先伦, 等. 入渗影响下黄土边坡张拉裂缝极限深度探讨[J]. 岩土力学, 2017, 38(S2): 197-202
[3] 张廼龙, 郭小明, 王向东. 黏土坡稳定性的断裂力学分析[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2010, 40(5): 1029-1033
[4] 邓东平, 李亮. 渗流条件下具有张裂缝边坡的稳定性分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2013, 44(1): 294-302
[5] 郑颖人, 叶海林, 黄润秋. 地震边坡破坏机制及其破裂面的分析探讨[J]. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(8): 1714-1723
[6] 李为乐, 许强, 陆会燕, 等. 大型岩质滑坡形变历史回溯及其启示[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2019, 44(7): 1043-1053
[7] 戴自航, 卢才金. 边坡失稳机理的力学解释[J]. 岩土工程学报, 2006(10): 1191-1197
[8] SPENCE R E. A method of analysis of the stability of embankments assuming parallel inter-slice forces[J]. Geotechnique, 1967, 17(1): 11-26
[9] MICHALOWSKI R L. Stability assessment of slopes with cracks using limit analysis[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50(10): 1011-1021
[10] 陈晓冉, 卢玉林, 薄景山, 等. 基于拉剪破坏的边坡后缘张裂缝深度探讨[J]. 水力发电, 2018, 44(5): 45-49
[11] 张晓敏, 万玲, 严波, 等. 断裂力学[M]. 北京: 清华大学出版社.
[12] WANG Z Y, GU D M, ZHANG W G. Influence of excavation schemes on slope stability: A DEM study[J]. Journal of Mountain Science, 2020, 17(6): 1509-1522
[13] 邱珍锋, 王俊杰, 胡骏峰. 黏土Ⅰ型断裂韧度影响因素试验[J]. 水利水电科技进展, 2015, 35(6): 86-89
[14] 陈淼. 断续节理岩体破坏力学特性及锚固控制机理研究[D]. 徐州：中国矿业大学, 2019.
[15] 周喻, 韩光, 吴顺川, 等. 断续节理岩体及岩质边坡破坏的细观机制[J]. 岩石力学与工程学报, 2016, 35(Z2): 3878-3889
