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土质滑坡动力过程物质点法模拟

史卜涛  
【摘要】:滑坡动力过程的模拟是地质灾害评价的主要内容。传统的边坡评价多以确定边坡稳定性为目标,不考虑滑坡失稳后的运动状态。随着研究的深入,对滑坡动力过程的认识逐渐得到人们的重视。与传统数值模拟方法相比,物质点法在解决滑坡等大变形问题中具有独特的优势。本文以岩土多孔介质理论为基础,推导了耦合物质点法的计算公式,编制了相应的物质点法程序,讨论了采用耦合物质点法模拟滑坡动力过程的具体问题,并进行了实例计算和分析,主要取得如下成果:(1)在所提出的非饱和土和饱和土耦合物质点法的三种计算格式中,USF-p的计算效率最高,USL-p次之,MUSL-p的计算效率最低。在计算几何形状不规则物体且背景网格单元只受一个物质点影响时,USL-p的物质点粒子会发生爆炸,导致计算失败,MUSL-p和USF-p能够保持很好的数值稳定性。(2)采用焦曼应力率,根据应变矩阵来计算应力矩阵,从而考虑了刚体转动对试探应力的影响,实现了基于摩尔-库伦模型的物质点法大变形模拟,有效避免了三维颗粒介质溃散的物质点模拟中的粒子爆炸现象。(3)滑坡土体的峰值塑性应变影响着滑坡的启程,峰值塑性应变越小,局部破坏区域越发育,滑坡越容易失稳。残余强度参数影响着滑坡破坏后的滑距、坡顶裂缝发育特征和剪切面位置。残余摩擦角越小,滑距越大,并且滑坡坡顶易于产生拉张裂缝。峰值强度参数的随机性会加快局部破坏区域的发育,参数随机性越大的滑坡越容易失稳,而且随机性参数分布模拟的剪切带位置比确定性参数模拟的剪切带位置深。(4)侧向扩展型滑坡首先在坡体前缘产生局部破坏,此后破坏区域持续向坡体内部扩展,产生交错变形的破坏面,形成其独特的地垒和地堑构造。随着变形的发展,一级地堑构造的内部受到拉张作用进一步破坏,形成二级地垒和地堑构造。(5)滑坡动力过程不仅受岩土体内部强度参数的影响,而且还受不同岩土体接触滑移影响,因此需要考虑不同强度岩土体的接触作用。由此在传统物质点接触算法的基础上,提出了耦合物质点接触算法,允许饱和介质间的分离及相对滑动。采用接触算法模拟了深圳渣土场滑坡动力过程,渣土堆积为滑坡后缘提供了驱动力,在后缘形成局部破坏区,同时,滑坡体前端受剪失稳,在剪出口处也形成局部破坏区。两个局部破坏区逐渐向滑坡体内部扩展,最终形成贯通的剪切滑动面。失稳后,渣土与基岩的接触作用影响滑坡体的滑距。


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