岩土堆积体休止角的室内试验与离散元数值模拟研究

刘 勇，唐 瑞，白 皓，王武斌

（1.四川高速公路建设开发集团有限公司，成都 610041；2.深圳大学土木与交通工程学院，深圳518000；3.西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室，成都 611731）

岩土体的休止角对其堆积体边坡稳定性有重要意义[1－3]。对地质工程而言，休止角是指非粘性土（如砂或砾石）的堆积体在溢出状态下能够保持稳定性的最陡倾斜角，其在泥石流和边坡破坏研究中有着重要影响[4－8]。Mehta和Barker[9]提出了一种休止角的定义，即在重力作用下堆积体表面与水平面的夹角。

岩土堆积体休止角的相关研究通常采用两种方法[10－11]，一种是室内试验法，如刘建宝等[12]通过室内堆积试验，发现影响粉体休止角大小的最主要因素是颗粒之间的分子力。温辉波[13]通过室内的堆积试验，发现休止角和不均匀系数、曲率系数之间不存在明显的相关关系，而与密实度之间存在正相关关系。另一种是数值模拟法，如李勤良等[14]通过离散单元法（DEM），分析了颗粒与墙体以及颗粒之间的形状和摩擦对休止角的影响。Goldenberg等[15]基于DEM研究了颗粒摩擦和自然休止角的关系。Liffman等[16]通过DEM对散粒堆积体的内部力链传递和底部应力分布进行了研究。

随着计算力学的不断发展，研究人员基于离散元法对岩土颗粒材料的休止角开展了许多模拟试验[17－21]，但鲜有针对边界条件影响的相关探究。因此，本文基于前人的研究[22]，旨在基于离散元法分析边界条件对岩土堆积体休止角的影响。首先基于边界移动速度可控的休止角测量仪，对不同边界尺寸下的砂颗粒试样进行了自由堆积试验，并分析了砂颗粒的运动特性。……