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黄土崩塌的离散元数值模拟

杨玲  
【摘要】:黄土崩塌是指在自重及外荷载的作用下,高陡边坡上的黄土体突然从母体崩落的现象,是黄土地区常见的地质灾害,危害极大。为了合理地分析和计算黄土崩塌的破坏过程,有效地指导崩塌灾害的防灾减灾工作,构建一种崩塌稳定性计算模型是目前迫切需要解决的重点课题。黄土崩塌的形成因素主要包括边坡的几何形态、岩土性质、地质结构面等。论文基于滑移式黄土崩塌的变形破坏特点,采用DEM对崩塌块体进行力学分析,计算其运动过程,并结合计算机图形显示技术对其可视化。主要包含三方面的研究内容:黄土边坡离散元模型的构建、块体单元的应力-位移计算以及崩塌过程的可视化。其中,块体划分是离散元模型构建的一个重要环节,划分结果的合理性与否将直接影响崩塌过程模拟的准确性。针对传统DEM采用相同大小的单元划分块体而忽略崩塌体的实际破坏特征,本文引入对数螺旋滑裂面模型对其进行优化,以保证划分结果的合理性。选取宝鸡市陈仓区坪头镇码头村黄土崩塌作为工程实例,对滑移式黄土崩塌的形成过程进行数值模拟与分析。研究给出该崩塌变形破坏过程的四个阶段:垂直节理张开—坡体变形失稳—崩塌块体运动—崩塌体堆积。通过分析码头村黄土边坡前缘9个特征点的位移变化趋势,可以看出:较边坡前缘的中、后部而言,前部崩塌块体的位移较大,且竖直位移的变化趋势与其高程正相关,这与崩塌体的实际破坏规律是比较符合的。实例计算表明,论文给出的黄土崩塌稳定性计算模型,能够为崩塌灾害的防治和预警提供科学的理论指导,具有一定的理论价值和现实意义。


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