精选
诸多研究表明，诸多大型崩滑体（或潜在崩滑体）中存在锁固段。锁固段可以理解为斜坡潜在滑动面上存在的大尺度未断裂岩体，其内部常发育层理、节理等弱面。当这些弱面的倾向与坡面相反时，即形成“反倾弱面”。这类弱面的存在显著影响斜坡变形破坏模式与力学行为。典型案例如洒勒山滑坡，其后缘裂缝在贯穿锁固段时，曾出现“裂缝两侧岩体错动”和“裂缝宽度时大时小”等现象。那么，为什么会出现这些现象呢？
为探究这一问题，我们在前人提出的“三段式”锁固型斜坡概念模型（图1a）基础上，建立了一个更接近实际情况的含反倾弱面锁固型斜坡概念模型（图1b）【1】。基于此，我们分别制作了含反倾弱面（倾角5°和10°）的锁固型斜坡模型，采用逐级缓慢加载的方式模拟斜坡变形与破坏情况，并通过系统观测其从初始变形至最终失稳的全过程。
图1 三段式锁固型斜坡概念模型（a）和含反倾弱面锁固型斜坡概念模型（b）
一、反倾弱面影响机制
通过对比两组实验结果，我们发现反倾弱面倾角对斜坡破坏过程有以下影响：
（1）倾角增大使锁固段的极限承载力提升；
（2）倾角增大不利于弱面前缘正应变集中区的形成；
（3）倾角增大滞后了弱面附近剪应变集中的形成；
（4）倾角不同导致滑坡启滑机制不同：对倾角5°的反倾弱面，斜坡模型历经坡体局部倾倒阶段、锁固段损伤阶段和斜坡失稳阶段（图2）；而对倾角10°的反倾弱面，斜坡模型历经锁固段损伤阶段、坡体局部倾倒阶段和斜坡失稳阶段（图3）。
需指出的是，两个斜坡模型变形破坏演化过程均经历坡体局部倾倒阶段，其是含反倾弱面锁固型斜坡失稳演化过程中出现“裂缝两侧岩体错动”和“裂缝宽度时大时小”现象的原因。
图2含反倾弱面（倾角5°）锁固型斜坡演化过程
图3 含反倾弱面（倾角10°）锁固型斜坡演化过程
二、锁固区域识别
应用DIC技术，我们识别了上述斜坡模型中的锁固区域。在斜坡失稳前，潜在滑动面正应变集中区累积较高应变能、产生较小剪切变形（图4），在斜坡失稳时发生剪切破坏，该区域可视为锁固段。实验结果表明，锁固段沿剪切破坏方向具有扁平状几何特征，与现场地质调查中观测到的锁固段形态高度一致。
图4 锁固段与正应变集中区（a）和（b）、剪应变集中区（c）和（d）的位置关系
三、锁固段损伤演化特征
以锁固段内部裂纹面积占比表征其损伤程度，据此可将损伤演化过程划分为三阶段：低速等速损伤阶段、高速等速损伤阶段和加速损伤阶段（图5）。由高速等速损伤阶段进入加速损伤阶段，锁固段内裂纹由稳定扩展发展至非稳定扩展，故该两阶段的交点为锁固段体积膨胀点；在加速损伤阶段的终点，锁固段在峰值强度点断裂，引发斜坡失稳。
图5 锁固段损伤演化阶段划分（倾角5°弱面（a）和倾角10°弱面（b））
四、锁固段断裂预测
结合重正化群理论和损伤理论，我们建立的锁固段峰值强度点与体积膨胀点位移比或应变比的力学表达式为：
（1）
式中，uc和uf分别为锁固段体积膨胀点和峰值强度点时的位移值，εc和εf分别为相应的应变值。
为验证式（1）在含反倾弱面锁固型斜坡中的适用性，分别从两个斜坡模型的锁固段中选取监测点进行应变分析，结果显示：倾角5°模型中应变比为1.483（图6（a）），倾角10°模型中应变比为1.481（图6（b））。两者均与式（1）中理论值1.48高度吻合。
图6 锁固段应变-时间关系（倾角5°弱面（a）和倾角10°弱面（b））
总结下，本文以查纳滑坡为地质原型，通过物理模拟揭示了反倾弱面倾角对锁固型斜坡变形破坏过程的影响机制，提出了基于应变集中区的锁固区域识别方法，并验证了式（1）的普适性，这对锁固型滑坡灾害的预测与风险评估具有重要科学价值。
参考
【1】Baicun Yang, Zhipeng Wang, Junjie Dai, Jiaxiang Li, Jie Zhao, and Xingfan Guan. Physical model test study on unlocking mechanism for slopes containing a locked segment with anti-dip weak planes. Engineering Geology, 2025, 354: 108177.
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