多年冻土滑坡失稳区粉土、黏土直剪破坏离散元模拟

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论文题目

王宇璐^1,2，张鹏¹，马旭¹，尹娜³，车旭东³, 张莲海^1,2
1. 中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室，甘肃兰州 730000
2. 中国科学院大学，北京 100049
3. 兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州 730050
4. 磁共振冻融成冰过程动态分析联合实验室，甘肃兰州 730000

研究内容

摘要：受青藏高原暖湿化的影响，多年冻土呈现快速退化状态，并由此诱发大量的冻土滑坡灾害。为深入探讨多年冻土区滑坡失稳机制，本研究基于多年冻土滑坡区活动层（融土）粉土、黏土及相应土-冰界面直剪试验结果，通过离散元分析软件MatDEM对应修正了直剪试验模型，并将数值模拟结果与直剪试验结果进行对比分析。结果表明：修正后的直剪模型可有效地对粉土和黏土进行数值模拟计算；模拟与试验结果的剪切特性曲线及抗剪强度拟合曲线变化趋势基本保持一致，且黏土抗剪强度明显低于粉土，表明土体抗剪强度随土颗粒粒度的减小而降低；在土-冰界面处，黏土-冰的抗剪强度最低，土体稳定性最弱。模拟结果中位移场图、单元连接状态图均表明在剪切过程中形成了明显的剪切带，且融土界面处及非界面处颗粒的平均配位数变化规律显示剪切带内的颗粒在试样变形中起到主要作用。此外，热量变化曲线表明，剪切过程中的热量主要来源于剪切带中上下剪切盒产生的摩擦热。本研究可为高原冻土滑坡区土体抗剪强度数值模拟研究提供有效参考模型。

关键词: 离散元模拟；MatDEM;高原；多年冻土；滑坡；直剪试验；土-冰界面