坡脚开挖条件下青藏高原互层结构碎屑坡破坏机理研究

坡脚开挖条件下青藏高原互层结构碎屑坡破坏机理研究

郭清波^1,2,赵晓彦^1,2,张宇琦^1,2王艺萱^1,2,龙睿馨^1,2,李臣奇³,吴函霖^1,2

摘要: 碎屑坡作为青藏高原特色地质灾害体，其稳定性是制约交通干线安全运营的控制性地质因素。因此，本文以青藏高原德曲流域典型的互层结构碎屑坡为研究对象，通过理论分析与MatDEM 离散元数值模拟，系统探究其在坡脚开挖作用下的变形破坏全过程。研究表明，切坡扰动后互层结构碎屑坡的破坏模式具有典型的渐进式特征，其根本原因在于临空面裸 露无胶结层与胶结层在劣化方式上的显著差异。渐进式破坏的特征在破坏方式上呈现出渐进性，时间尺度上呈现出周期性，破坏规模上呈现出小规模性。依据灾害演化过程可将其划分为５个阶段：切坡扰动阶段、凹腔形成阶段、悬臂段裂隙发育阶段、崩塌解体阶段和循环重启阶段。基于最大弯曲应力理论，推导了工程切坡后互层结构碎屑坡是否发生渐进式破坏的理论判识依据，并以胶结层悬臂段极限长度 lmax 的定量表征。本研究发现了碎屑坡典型的“无胶结－胶结”互层结构，阐明了互层结构碎屑坡的渐进式破坏机制与演化规律，建立了渐进式破坏判识理论，研究成果可为青藏高原碎屑坡发育地区的重大交通干线防灾减灾提供科学依据。

关键词: 碎屑坡; 无胶结－胶结互层结构; 渐进式破坏; MatDEM

图1 切坡扰动互层碎屑坡渐进式破坏

图3 碎屑坡无胶结－胶结互层结构

图4 碎屑坡现状与临空面无胶结层凹岩腔发育情况

图5 切坡扰动互层碎屑坡渐进破坏模式

图6 模型接触力链情况

图7 互层结构碎屑坡失稳过程图：（ａ）时间步０ｓ边坡变形位移；（ｂ）时间步０.３６ｓ边坡变形位移；（ｃ）时间步０.７４ｓ边坡 变形位移；（ｄ）时间步１.２６ｓ边坡变形位移；（ｅ）时间步１.４８ｓ边坡变形位移；（ｆ）时间步１.９４ｓ边坡变形位移；（ｇ）时间 步２.２６ｓ边坡变形位移；（ｈ）时间步２.８８ｓ边坡变形位移

郭清波,赵晓彦,张宇琦,等.坡脚开挖条件下青藏高原互层结构碎屑坡破坏机理研究[J].工程地质学报,2025,33(06):2336-2345.DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2025-0317.