《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》：A novel physical temperature triggering (PTT) method for simulating slope deformation in laboratory testing: Preliminary testing
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摘要：本研究提出一种新颖的物理温度触发(Physical Temperature Triggering, PTT)方法，用以在边坡物理模型试验中模拟由岩土材料强度衰减引发的边坡变形。详细阐述了该方法的基本原理、材料组成及试验流程。PTT方法采用由不锈钢球作为骨
摘要：本研究提出一种新颖的物理温度触发(Physical Temperature Triggering, PTT)方法，用以在边坡物理模型试验中模拟由岩土材料强度衰减引发的边坡变形。详细阐述了该方法的基本原理、材料组成及试验流程。PTT方法采用由不锈钢球作为骨架、透明冻胶蜡(Transparent Jelly Wax, TJW)作为粘结剂的复合材料，其力学性质随温度变化。随后研究人员进行了边坡模型试验，并将结果与理论分析进行对比。最后，研究人员应用PTT方法对四种不同曲率程度的凹形与凸形边坡进行了试验。结果表明，采用PTT方法建立的边坡模型再现了典型的边坡变形过程，其滑动面位置与三种极限平衡法(Limit Equilibrium Methods, LEMs)所得结果吻合良好。凹形边坡的稳定性高于凸形边坡；凹形边坡曲率越大变形区越大，而凸形边坡曲率越小变形区越大。PTT方法可实现简便、经济、环保的实验室试验，并能精确控制材料的弱化过程。
论文解读：一种用于室内试验模拟边坡变形的物理温度触发(PTT)方法初步试验
该研究发表于《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》。现有边坡物理模型试验中，模拟因风化、蚀变导致的岩土体长期强度折减(Strength Reduction)较为困难——传统降雨入渗主要弱化表层，离心模型与倾斜模型难以模拟均质强度衰减，已有的遇水树脂弱化法存在制样繁琐不均、引入水体产生浮力干扰且弱化不易均匀等问题。为填补这一空白，研究人员提出物理温度触发(Physical Temperature Triggering, PTT)方法，利用复合材料黏聚力随温度升高而下降的特性模拟均质强度折减诱发边坡变形，并通过直线及曲边边坡模型验证其有效性及适用性。
研究人员为开展本研究用到以下几个主要关键技术方法：制备不锈钢球（直径2 mm）与透明冻胶蜡(Transparent Jelly Wax, TJW，熔点约50 ℃)按质量比15:1混合的颗粒–粘结复合材料作为模型介质；搭建内部尺寸660 mm×15 mm×380 mm的钢化玻璃–亚克力透明模型箱，背部嵌硅橡胶加热板控温；采用无侧限抗压试验测定20~45 ℃下材料强度及黏聚力变化；建立55°直线边坡及不同曲率凹/凸边坡模型，加热至45 ℃触发变形，用智能手机摄像结合粒子图像测速(Particle Image Velocimetry, PIV)分析位移场；采用Rocscience Slide软件以Fellenius、Spencer及Corps of Engineer三种极限平衡法(Limit Equilibrium Method, LEM)计算临界滑动面及安全系数进行对照验证。
Novel PTT method（新型PTT方法）
阐述PTT原理为通过升温降低以不锈钢球为骨架、TJW为粘结剂的复合材料强度模拟强度折减。详述选材依据：不锈钢球形状均一可模拟颗粒摩擦骨架，TJW无毒、室温固态、50~80 ℃软化且透明度高适合观测。试验流程分三步：熔化石蜡混匀钢球注模制样→常温冷却成型边坡模型→开启加热板升温触发变形并用PIV监测。
Methodology（研究方法）
说明模型箱构造及尺寸，设定钢球与TJW质量比15:1（复合密度4.66 g/cm3）。通过固定漏斗法测得干钢球自然休止角为21.1°；无侧限压缩试验表明材料20 ℃无侧限强度约2.0 kPa，升温至45 ℃强度降至约50%，20~35 ℃呈剪切破坏、40~45 ℃呈端部压剪破坏。设计坡角55°直线边坡（高320 mm），依相似律对应原型高约9.6 m；制样分五层填筑，静置24 h拆模后加热至45 ℃（升温约6 min），全程摄像做PIV分析，PIVlab软件处理位移场，钢球本身兼作示踪粒子。选用三种LEM进行理论滑动面搜索比对。
Results and verification（结果及验证）
PIV位移场显示边坡变形经历局部变形（坡顶微位移）→均匀变形→贯通滑动面（弧状穿过坡脚）三阶段。加热约34 min形成清晰圆弧滑动面，平均位移约2.0 cm。LEM法得出Fellenius、Spencer、Corps of Engineer法的临界黏聚力分别为1.27 kPa、1.25 kPa、1.14 kPa，模型试验所得滑动面位置与三种LEM预测滑动面高度吻合，验证了PTT方法可再现均质土坡典型圆弧滑动破坏模式。
Applications（应用试验）
对凹形（E10曲率角10°，E20曲率角20°）与凸形（X10、X20对应曲率）边坡进行PTT试验。结果：凹形边坡呈弧形滑动面、凸形近直线滑动面；凹形边坡最大位移小于凸形边坡，证实凹形边坡稳定性高于凸形边坡；凹形边坡曲率大者（E20）变形区大于小曲率者（E10），凸形边坡曲率小者（X10）变形区大于大曲率者（X20）；剪切应变分布与上述规律一致，与已有基底摩擦试验结果相符。
Discussions（讨论）
PTT法材料廉价无毒可回收，制样简单（熔混注模而非逐点粘结），通过控温实现整体边坡强度近似均匀折减，避免水或其他外力介入，适合研究长期强度衰减主导的滑坡启动机制，是对传统框架试验（侧重水文触发）和基底摩擦试验（侧重运动学）的有效补充。局限性含未做重复试验统计、未模拟局部弱化及孔压–力学耦合、骨架为均一球体，未来拟拓展局部滑动带加热、多类岩土构筑物模型及与数值模拟对比。
Conclusions（结论）
本研究提出PTT方法，利用不锈钢球–冻胶蜡复合材料受控温调控强度特性模拟岩土材料弱化诱发边坡变形。简化边坡模型经PTT方法成功再现典型变形过程，滑动面位置与三种极限平衡法结果紧密吻合。凹形边坡比凸形边坡更稳定；凹形边坡中曲率越大变形区越大，凸形边坡中曲率越小变形区越大。该颗粒复合材料允许受控、空间均匀且可重复的弱化而不改变几何与边界应力，能分离出渐进材料劣化在触发局部化及破坏中的作用。PTT方法具制样简便、经济、适用于多种边坡几何形态等优势，可为滑坡灾害风险评估与防治提供可靠物理模拟工具。
