典型滑坡危险性的接触力学预测模型

　　我国的重要工程建设(三峡水库)涉及许多滑坡问题，而自然环境的变化(如水位上涨、降雨等)会引发滑坡。边坡的稳定性、滑坡滑动的危害性等问题的正确解决，是确保这类工程成功建设和顺利使用的关键。对滑坡的未来发展趋势、潜在危险的大小、破坏方式、滑坡发生时的滑动距离、速度、滑坡的突发性等滑坡动态过程的预测是研究滑坡至关重要的问题。

　　滑坡的触发是有许多因素控制的，涉及到边坡的结构、边坡的材料力学性能、降雨、地下水、地震等^[1]。而值得注意的是许多滑坡都发生在雨季，这就意味着水对滑坡的影响是很重要的。研究者已经研究了天气变化和地下水入渗对滑坡影响，并获得了坡体材料的残余力学性能参数c和 的值^[2]。研究者通过试验方法研究了水存在条件下岩体滑动的摩擦因数变化情况^[3]。研究者还用数值摸拟方法研究了雨水在岩石边坡的入渗过程^[4]。在滑坡的值摸拟研究方面，有采用非线性力学模型对在斜平面上边坡滑动问题的研究[5、有对地震引起边坡位移预测的研究[6];有采用接触单元方法对边坡的稳定性问题的研究^[7,8]、有采用有限元方法结合半定量的办法对层状岩石结构的斜坡在滑床上的滑动方向和位移的研究[9];有采用非连续变形分析 DDA 对岩石滚落的研究^[10]。

　　本研究通过对极限平衡法、有限元方法和离散元方法的总结，针对滑坡的动态模拟和滑坡预报这一重要问题，采用摩擦接触力学结合有限元方法，建立典型滑坡的接触力学模型，研究滑坡滑面的接触状态(接触、滑动、未接触状态)，根据边坡能量的变化，进行滑坡过程的逐步摸拟，研究应力及变形情况，获得滑坡的启动、滑动、停止、堆积等重要结果。而建立在力学模型上的模拟，更可揭示滑坡的内在机理，对滑坡研究具有重要的理论意义。

　　1 接触力学模型

　　鉴于坡体结构是由土、岩石等构成的，其滑坡体、滑动面、滑坡床、滑坡周界等得以用有限元方法进行离散，并着重考虑滑坡滑动面的摩擦接触情况，采用摩擦接触力学方法，改进了接触单元，建立了三维结构计算的接触力学模型。

　　1.1 改进的接触单元

　　本研究中，接触单元的法向与切向模量是不一样的，法向模量NE 可由两接触物间不可能相互挤入这一事实来确定。在三维情况，如取 N 表示接触单元的法向、1T 、2T 表示切向，则有：(1) 法向模量NE可由接触物间不可相互挤入的条件确定;(2) 剪切模量12TTG 可由接触状态确定。可确定接触单元的弹性矩阵 [D ]，获得三维接触单元的刚度矩阵为^[11]：