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  準確預測高速滑坡運動過程是對其進行精準防控的前提。物質點法在高速滑坡運動過程預測方面極具潛力，但處理復雜三維地形較為困難，目前仍多用于二維滑坡模擬。本文通過構造滑面法向信息提取算法，約束滑面邊界網格節(jié)點法向動量，提出了一種可模擬高速滑坡運動過程的三維物質點法模型，并利用該模型對顆粒流曲面流槽試驗和陜西省山陽縣煙家溝滑坡進行 了模擬分析。流槽試驗的模擬結果顯示，滑體前緣最大速度約為１.１ｍ·ｓ－１，模擬所得前、后緣位置與實測結果相符。煙家溝滑坡的模擬結果表明，該滑坡主體順坡整體滑動，后緣少量滑體啟動后拉裂，與主滑體分離，形成沿山脊分岔的堆積形態(tài)；滑坡最大速度超過２０ｍ·ｓ－１，最大堆積厚度出現(xiàn)在坡腳溝道內，約為４９ｍ；該滑坡在彎曲溝道約束下發(fā)生了兩次運動轉向，并出現(xiàn)爬高現(xiàn)象；模擬結果與現(xiàn)場情況基本一致。本文模型避免了傳統(tǒng)多物質接觸算法產生的滑面嵌入問題，提高了復雜滑面邊界條件的計算效率，可有效反演復雜地形下高速滑坡的運動過程，模擬結果可為此類滑坡風險防控提供理論依據(jù)。

 引言：

  高速滑坡往往具有超強的運動性，致災范圍大， 因此受到了學界的廣泛關注。對此類滑坡運動過程進行有效預測是科學 制定其防治措施的關鍵。自２０世紀８０年代以來， 隨著計算水平的提高，高速滑坡運動學模擬技術得到了飛速發(fā)展，數(shù)值模擬逐漸成為此類滑坡運動過 程預測的主要手段。

  按滑坡介質，現(xiàn)有高速滑坡運動學模型主要可 分為離散介質模型、連續(xù)介質模型和耦合模型３類。離散介質模型將滑體簡化為塊體或顆粒，采用離散 元法（ＤＥＭ）或非連續(xù)變形分析法（ＤＤＡ）求解塊體或顆粒系統(tǒng)的控制方程，在模擬高速滑坡－碎屑流方面得到了較好的應用，但此類方法建立大型滑坡三維模型時受限于塊體（顆粒）數(shù)量。連續(xù)介質模型將滑體視為連續(xù)物質，通?；谫|量和動量守恒原理建立滑坡的偏微分控制方程，并采用有限差分法（ＦＤＭ）、有限體積法（ＦＶＭ）、物質點法（ＭＰＭ）或光滑粒子流體動力學法（ＳＰＨ）等數(shù)值方法求解。耦合模型為前兩類模型的耦合，其中一些模型如ＳＰＨ-ＤＥＭ和ＣＦＤ-ＤＥＭ模型在流固耦合問題分析中已取得了初步應用。目前應用最廣的連續(xù)介質模型多采用深度平均假設簡化方程，即忽略滑坡深度方向物理參數(shù)的變化。此類模型稱為深度平均模型，適用于滑坡 致災范圍的快速預測，其中一些代表性模型如ＬＳ ＲＡＰＩＤ、ＲＡＭＭＳ、ＤＡＮ３Ｄ、Ｍａｓｓｆｌｏｗ 等已取得廣泛的應用，但由于采用深度平均假設，此類模型難以準確刻畫滑坡內部的變形和受力。

  相比之下，ＭＰＭ作為一種較新的連續(xù)介質數(shù)值方法，結合了歐拉法和拉格朗日法各自的優(yōu)點，在分析巖土體大變形問題時具有顯著優(yōu)勢，因此在高速滑坡模擬方面取得了越來越多的應用。但另一方面，由于物質點法處理復雜三維滑面地形時較為困難，該方法仍多用于二維滑坡模擬。近期， 一些學者嘗試通過ＭＰＭ模擬高速滑坡的三維運動過程。例如：Ｘｕｅｔａｌ．通過固定滑面以下所 有背景網格節(jié)點來考慮滑面對滑體的約束作用，并對Ｈｏｎｇｓｈｉｙａｎ滑坡的運動過程開展了三維物質點 法分析；Ｌｅｉｅｔａｌ．將滑面以下的基底物質概化為攜帶滑面法向信息的多層固定物質點，基于多物質接觸框架，實現(xiàn)了復雜地形條件下顆粒流三維物質點法模擬；Ｚｈａｏｅｔａｌ．采用類似方法，將基底物質點的法向信息映射至背景網格節(jié)點，構建了高速滑坡的三維物質點法模型；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．將滑面概化為三角網格面，并通過罰函數(shù)考 慮滑面對滑體物質點的約束作用，開展了復雜地形下高速滑坡的三維模擬。然而現(xiàn)有三維ＭＰＭ模型 通常需要將基底物質點的地形信息映射至網格節(jié)點，或搜索物質點與滑面間的接觸，計算效率仍有進一步提高的空間。

  基于以上現(xiàn)狀，本文提出了一種簡易的滑面法向信息提取算法，并將法向信息直接賦予滑面邊界 網格節(jié)點，通過約束這些節(jié)點的法向動量，構建了可模擬復雜地形下高速滑坡運動過程的三維物質點法 模型。本文模型無需將基底物質點地形信息映射至 背景網格節(jié)點，也不用搜索物質點與滑面間的接觸， 簡化了計算流程，同時克服了傳統(tǒng)多物質接觸框架下滑面法向量計算精度不足的問題。

結論：

  本文通過構建滑面法向信息提取算法，約束滑面網格節(jié)點法向動量，提出了一種可模擬高速滑坡運動過程的新型三維ＭＰＭ模型。該模型有效避免了多物質接觸模型的滑面嵌入問題，并提高了復雜滑面邊界條件的計算效率。利用該模型對顆粒流曲面流槽試驗和陜西省山陽縣煙家溝滑坡開展了模擬 分析，主要得到以下結論：

  （１）顆粒流曲面流槽試驗模擬所得滑體前緣最大運動速度約為１.１ｍ·ｓ－１，與試驗結果相符；顆粒流前、后緣位置與試驗數(shù)據(jù)接近，表明本文模型可較 為準確的模擬曲面地形對滑體的約束作用。

  （２）煙家溝滑坡的模擬結果表明，該滑坡運動階段可分為前、中、后３期?；逻\動前期主要發(fā)生整體滑動，速度可達到１８ｍ·ｓ－１。運動中期，滑坡與大西溝對岸斜坡碰撞，左側滑體迅速減速，而右側滑體發(fā)生運動轉向，出現(xiàn)爬高現(xiàn)象。到達礦區(qū)施工房屋位置時，最大速度仍超過２０ｍ·ｓ－１。運動后期，僅滑坡前部右側滑體匯入煙家溝，并沿溝道發(fā)生了第 二次運動轉向。模擬最大滑體堆積厚度出現(xiàn)在大西溝內，約為４９ｍ；模擬所得滑坡堆積形態(tài)和范圍與實測基本一致，表明本文模型對復雜地形下高速滑坡的運動過程模擬具有較好的適用性。

  （３）本文模型采用的ＤＰ屈服函數(shù)適用于模擬顆粒材料，但模擬參數(shù)為常數(shù)，未考慮滑坡解體等因素導致的滑體物理性質的變化，未來需進一步在模型中集成更先進的本構方程，以提升其精度與適應 性。