类型a：学术研究报告

作者及机构
本研究由来自美国杜克大学（Duke University）土木与环境工程系的Carolina Seguí、Hadrien Rattez和Manolis Veveakis合作完成，发表于2020年的《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》，标题为《On the stability of deep‐seated landslides: The cases of Vaiont (Italy) and Shuping (Three Gorges Dam, China)》。

学术背景
深部滑坡（deep‐seated landslides）对人类生命和基础设施可能造成灾难性影响。这类滑坡通常经历数年缓慢蠕变后突然失稳，且难以预测。传统研究中，滑坡稳定性常通过静态安全系数（factor of safety）评估，但这一方法无法解释长期蠕变过程中的动态失稳机制。本研究提出了一种基于能量平衡的方法，通过量化滑坡基底剪切带（shear band）的热-力学耦合响应，结合外部因素（如地下水位变化），建立动态稳定性判据。研究目标是为Vaiont滑坡（意大利）和Shuping滑坡（三峡大坝，中国）提供失稳临界条件的理论框架，并验证模型对两类不同响应行为滑坡的适用性。

研究流程
1. 多尺度模型构建
研究采用三尺度模型（静态、运动学和剪切带尺度），将滑坡简化为刚性块体在黏土剪切带上的滑动。模型耦合了动量、质量和能量守恒方程，并引入以下假设：
- 变形集中于薄剪切带（厚度厘米至米级）；
- 剪切带材料为黏土，具有速率强化（velocity hardening）和热软化（thermal softening）特性；
- 忽略体积变化（临界状态假设）。

1. 地下水与应力分析

   • Vaiont滑坡：基于稳态Dupuit-Forchheimer方程计算地下水位，采用双楔体极限平衡法（two-wedge method）推导基底剪应力，发现剪应力与水库水位呈线性关系（τ_d=0.0017u_1−0.118）。
     
   • Shuping滑坡：采用瞬态解析解（误差函数）模拟地下水滞后响应，结合现场测压计数据，揭示正/负渗流力（seepage force）对剪应力的相反影响。
     

2. 剪切带热-力学耦合
   通过Gruntfest数（Gr）表征稳定性，其定义为机械功与热扩散能力的比值（Gr=mτ_d^{1+1/n}/(f_θd_s)）。数值分岔分析显示，当Gr>0.88时，系统因热失控（thermal runaway）失稳。模型通过反演拟合现场位移数据，标定了速率敏感性系数n（Vaiont: 0.01；Shuping: 0.025）和参考应变率（γ_ref）。

3. 案例验证

   • Vaiont滑坡：模型重现了1961–1963年水库水位波动与滑坡加速的关联，发现临界基底温度23.5°C时发生热失控，与最后一次水位下降后仍加速的现象一致。
     
   • Shuping滑坡：模型成功预测了水库水位上升时的稳定行为（负渗流力降低剪应力）与水位下降时的加速（正渗流力驱动），但需进一步实验约束材料参数。
     

主要结果
1. 稳定性判据：Gruntfest数（Gr）是滑坡失稳的关键参数，其临界值0.88通过分岔分析确定。当Gr超过临界值时，剪切带温度因摩擦生热无法扩散，导致热软化主导的失稳。
2. 案例特异性：
- Vaiont滑坡的失稳由内部热反馈主导，外部水位变化仅间接影响Gr；
- Shuping滑坡的稳定性高度依赖渗流力方向，表明外部荷载变化对含低渗透性材料的滑坡更具调控潜力。
3. 数据拟合：模型与现场位移数据的吻合验证了热-力学耦合机制的普适性，但Shuping案例中峰值位移的滞后提示需考虑更复杂的瞬态渗流效应。

结论与价值
本研究通过耦合外部荷载（地下水位）与内部材料响应（黏土热软化），提出了深部滑坡的动态稳定性评估工具。其科学价值在于：
1. 揭示了热失控作为滑坡突发加速的物理机制；
2. 为水库运营中的滑坡风险管控提供了量化指标（如临界Gr或基底温度）。
应用层面，模型可指导水库水位调控策略（如Shuping滑坡中维持高水位以抑制正渗流力），但需结合现场材料测试以提高参数精度。

研究亮点
1. 创新方法：首次将Gruntfest数引入滑坡稳定性分析，建立了热-渗流-力学耦合的动力学模型；
2. 案例对比：通过Vaiont（高渗透性）和Shuping（低渗透性）的相反行为，验证了模型对不同水文地质条件的适应性；
3. 工程意义：提出了基于基底温度和速度监测的滑坡预警阈值（如Vaiont的23.5°C）。

其他价值
研究指出，未来需扩展模型以纳入体积变化效应（如热孔隙压）和二维剪切带几何，并强调实验室剪切试验对参数标定的重要性。这些改进将增强模型对首次滑动或非临界状态滑坡的预测能力。