土质边坡失稳破坏的多尺度数值模拟及试验验证

土质边坡的多尺度(微观颗粒、细观单元体和宏观坡体)耦合效应是导致土坡失稳破坏呈现突发性、不确定性等复杂特性的根本原因，基于单元体应力应变关系的常规有限元法不能很好反映边坡渐进累积破坏的本质。课题基于微观颗粒模拟室内试验中剪切带的形成和发展，分析剪切带内土颗粒受力和变位的分布规律，建立剪切带宽度、倾角和颗粒微观结构量间的关系以及剪切带内土单元体的广义应力应变关系。在此基础上，针对粒状土质边坡的失稳破坏特点，基于微观土颗粒分析剪切带内土体变形，基于细观土单元应力应变关系分析剪切带外土体变形，提出精细模拟粒状土质边坡渐进累积破坏的多尺度数值模拟理论和求解技术。利用多尺度分析方法研究造成粒状土坡失稳破坏突发性的内在机理，分析微观缺陷对粒状土坡失稳破坏的影响规律，并通过大型模型试验验证。研究成果不仅从微观尺度加深对边坡失稳内在机理的认识，而且有助于推动岩土工程数值模拟向多尺度方向发展。