准确预测高速滑坡运动过程是对其进行精准防控的前提。物质点法在高速滑坡运动过程预测方面极具潜力，但处理复杂三维地形较为困难，目前仍多用于二维滑坡模拟。本文通过构造滑面法向信息提取算法，约束滑面边界网格节点法向动量，提出了一种可模拟高速滑坡运动过程的三维物质点法模型，并利用该模型对颗粒流曲面流槽试验和陕西省山阳县烟家沟滑坡进行 了模拟分析。流槽试验的模拟结果显示，滑体前缘最大速度约为１.１ｍ·ｓ－１，模拟所得前、后缘位置与实测结果相符。烟家沟滑坡的模拟结果表明，该滑坡主体顺坡整体滑动，后缘少量滑体启动后拉裂，与主滑体分离，形成沿山脊分岔的堆积形态；滑坡最大速度超过２０ｍ·ｓ－１，最大堆积厚度出现在坡脚沟道内，约为４９ｍ；该滑坡在弯曲沟道约束下发生了两次运动转向，并出现爬高现象；模拟结果与现场情况基本一致。本文模型避免了传统多物质接触算法产生的滑面嵌入问题，提高了复杂滑面边界条件的计算效率，可有效反演复杂地形下高速滑坡的运动过程，模拟结果可为此类滑坡风险防控提供理论依据。

 引言：

  高速滑坡往往具有超强的运动性，致灾范围大， 因此受到了学界的广泛关注。对此类滑坡运动过程进行有效预测是科学 制定其防治措施的关键。自２０世纪８０年代以来， 随着计算水平的提高，高速滑坡运动学模拟技术得到了飞速发展，数值模拟逐渐成为此类滑坡运动过 程预测的主要手段。

  按滑坡介质，现有高速滑坡运动学模型主要可 分为离散介质模型、连续介质模型和耦合模型３类。离散介质模型将滑体简化为块体或颗粒，采用离散 元法（ＤＥＭ）或非连续变形分析法（ＤＤＡ）求解块体或颗粒系统的控制方程，在模拟高速滑坡－碎屑流方面得到了较好的应用，但此类方法建立大型滑坡三维模型时受限于块体（颗粒）数量。连续介质模型将滑体视为连续物质，通常基于质量和动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）、有限体积法（ＦＶＭ）、物质点法（ＭＰＭ）或光滑粒子流体动力学法（ＳＰＨ）等数值方法求解。耦合模型为前两类模型的耦合，其中一些模型如ＳＰＨ-ＤＥＭ和ＣＦＤ-ＤＥＭ模型在流固耦合问题分析中已取得了初步应用。目前应用最广的连续介质模型多采用深度平均假设简化方程，即忽略滑坡深度方向物理参数的变化。此类模型称为深度平均模型，适用于滑坡 致灾范围的快速预测，其中一些代表性模型如ＬＳ ＲＡＰＩＤ、ＲＡＭＭＳ、ＤＡＮ３Ｄ、Ｍａｓｓｆｌｏｗ 等已取得广泛的应用，但由于采用深度平均假设，此类模型难以准确刻画滑坡内部的变形和受力。

  相比之下，ＭＰＭ作为一种较新的连续介质数值方法，结合了欧拉法和拉格朗日法各自的优点，在分析岩土体大变形问题时具有显著优势，因此在高速滑坡模拟方面取得了越来越多的应用。但另一方面，由于物质点法处理复杂三维滑面地形时较为困难，该方法仍多用于二维滑坡模拟。近期， 一些学者尝试通过ＭＰＭ模拟高速滑坡的三维运动过程。例如：Ｘｕｅｔａｌ．通过固定滑面以下所 有背景网格节点来考虑滑面对滑体的约束作用，并对Ｈｏｎｇｓｈｉｙａｎ滑坡的运动过程开展了三维物质点 法分析；Ｌｅｉｅｔａｌ．将滑面以下的基底物质概化为携带滑面法向信息的多层固定物质点，基于多物质接触框架，实现了复杂地形条件下颗粒流三维物质点法模拟；Ｚｈａｏｅｔａｌ．采用类似方法，将基底物质点的法向信息映射至背景网格节点，构建了高速滑坡的三维物质点法模型；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．将滑面概化为三角网格面，并通过罚函数考 虑滑面对滑体物质点的约束作用，开展了复杂地形下高速滑坡的三维模拟。然而现有三维ＭＰＭ模型 通常需要将基底物质点的地形信息映射至网格节点，或搜索物质点与滑面间的接触，计算效率仍有进一步提高的空间。

  基于以上现状，本文提出了一种简易的滑面法向信息提取算法，并将法向信息直接赋予滑面边界 网格节点，通过约束这些节点的法向动量，构建了可模拟复杂地形下高速滑坡运动过程的三维物质点法 模型。本文模型无需将基底物质点地形信息映射至 背景网格节点，也不用搜索物质点与滑面间的接触， 简化了计算流程，同时克服了传统多物质接触框架下滑面法向量计算精度不足的问题。

结论：

  本文通过构建滑面法向信息提取算法，约束滑面网格节点法向动量，提出了一种可模拟高速滑坡运动过程的新型三维ＭＰＭ模型。该模型有效避免了多物质接触模型的滑面嵌入问题，并提高了复杂滑面边界条件的计算效率。利用该模型对颗粒流曲面流槽试验和陕西省山阳县烟家沟滑坡开展了模拟 分析，主要得到以下结论：

  （１）颗粒流曲面流槽试验模拟所得滑体前缘最大运动速度约为１.１ｍ·ｓ－１，与试验结果相符；颗粒流前、后缘位置与试验数据接近，表明本文模型可较 为准确的模拟曲面地形对滑体的约束作用。

  （２）烟家沟滑坡的模拟结果表明，该滑坡运动阶段可分为前、中、后３期。滑坡运动前期主要发生整体滑动，速度可达到１８ｍ·ｓ－１。运动中期，滑坡与大西沟对岸斜坡碰撞，左侧滑体迅速减速，而右侧滑体发生运动转向，出现爬高现象。到达矿区施工房屋位置时，最大速度仍超过２０ｍ·ｓ－１。运动后期，仅滑坡前部右侧滑体汇入烟家沟，并沿沟道发生了第 二次运动转向。模拟最大滑体堆积厚度出现在大西沟内，约为４９ｍ；模拟所得滑坡堆积形态和范围与实测基本一致，表明本文模型对复杂地形下高速滑坡的运动过程模拟具有较好的适用性。

  （３）本文模型采用的ＤＰ屈服函数适用于模拟颗粒材料，但模拟参数为常数，未考虑滑坡解体等因素导致的滑体物理性质的变化，未来需进一步在模型中集成更先进的本构方程，以提升其精度与适应 性。