【摘要】：滑坡動(dòng)力過程的模擬是地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)的主要內(nèi)容。傳統(tǒng)的邊坡評價(jià)多以確定邊坡穩(wěn)定性為目標(biāo),不考慮滑坡失穩(wěn)后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。隨著研究的深入,對滑坡動(dòng)力過程的認(rèn)識(shí)逐漸得到人們的重視。與傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法相比,物質(zhì)點(diǎn)法在解決滑坡等大變形問題中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。本文以巖土多孔介質(zhì)理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了耦合物質(zhì)點(diǎn)法的計(jì)算公式,編制了相應(yīng)的物質(zhì)點(diǎn)法程序,討論了采用耦合物質(zhì)點(diǎn)法模擬滑坡動(dòng)力過程的具體問題,并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算和分析,主要取得如下成果:(1)在所提出的非飽和土和飽和土耦合物質(zhì)點(diǎn)法的三種計(jì)算格式中,USF-p的計(jì)算效率最高,USL-p次之,MUSL-p的計(jì)算效率最低。在計(jì)算幾何形狀不規(guī)則物體且背景網(wǎng)格單元只受一個(gè)物質(zhì)點(diǎn)影響時(shí),USL-p的物質(zhì)點(diǎn)粒子會(huì)發(fā)生爆炸,導(dǎo)致計(jì)算失敗,MUSL-p和USF-p能夠保持很好的數(shù)值穩(wěn)定性。(2)采用焦曼應(yīng)力率,根據(jù)應(yīng)變矩陣來計(jì)算應(yīng)力矩陣,從而考慮了剛體轉(zhuǎn)動(dòng)對試探應(yīng)力的影響,實(shí)現(xiàn)了基于摩爾-庫倫模型的物質(zhì)點(diǎn)法大變形模擬,有效避免了三維顆粒介質(zhì)潰散的物質(zhì)點(diǎn)模擬中的粒子爆炸現(xiàn)象。(3)滑坡土體的峰值塑性應(yīng)變影響著滑坡的啟程,峰值塑性應(yīng)變越小,局部破壞區(qū)域越發(fā)育,滑坡越容易失穩(wěn)。殘余強(qiáng)度參數(shù)影響著滑坡破壞后的滑距、坡頂裂縫發(fā)育特征和剪切面位置。殘余摩擦角越小,滑距越大,并且滑坡坡頂易于產(chǎn)生拉張裂縫。峰值強(qiáng)度參數(shù)的隨機(jī)性會(huì)加快局部破壞區(qū)域的發(fā)育,參數(shù)隨機(jī)性越大的滑坡越容易失穩(wěn),而且隨機(jī)性參數(shù)分布模擬的剪切帶位置比確定性參數(shù)模擬的剪切帶位置深。(4)側(cè)向擴(kuò)展型滑坡首先在坡體前緣產(chǎn)生局部破壞,此后破壞區(qū)域持續(xù)向坡體內(nèi)部擴(kuò)展,產(chǎn)生交錯(cuò)變形的破壞面,形成其獨(dú)特的地壘和地塹構(gòu)造。隨著變形的發(fā)展,一級地塹構(gòu)造的內(nèi)部受到拉張作用進(jìn)一步破壞,形成二級地壘和地塹構(gòu)造。(5)滑坡動(dòng)力過程不僅受巖土體內(nèi)部強(qiáng)度參數(shù)的影響,而且還受不同巖土體接觸滑移影響,因此需要考慮不同強(qiáng)度巖土體的接觸作用。由此在傳統(tǒng)物質(zhì)點(diǎn)接觸算法的基礎(chǔ)上,提出了耦合物質(zhì)點(diǎn)接觸算法,允許飽和介質(zhì)間的分離及相對滑動(dòng)。采用接觸算法模擬了深圳渣土場滑坡動(dòng)力過程,渣土堆積為滑坡后緣提供了驅(qū)動(dòng)力,在后緣形成局部破壞區(qū),同時(shí),滑坡體前端受剪失穩(wěn),在剪出口處也形成局部破壞區(qū)。兩個(gè)局部破壞區(qū)逐漸向滑坡體內(nèi)部擴(kuò)展,最終形成貫通的剪切滑動(dòng)面。失穩(wěn)后,渣土與基巖的接觸作用影響滑坡體的滑距。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P642.22
【圖文】：

處理大變形和極端變形的情況。歐拉有限元法描述的是場的變化，其網(wǎng)格固定在逡逑空間位置上，通過計(jì)算經(jīng)過網(wǎng)格單元的通量來計(jì)算質(zhì)量和速度等變量的分布，如逡逑圖１－２所示。采用歐拉有限元計(jì)算大變形時(shí)，不會(huì)引起網(wǎng)格的變化，不會(huì)產(chǎn)生拉逡逑格朗日網(wǎng)格畸變的問題。然而，歐拉有限元法很難分析固定點(diǎn)變量的時(shí)間歷程，逡逑對于不規(guī)則的物體難以精確描述自由界面，對流項(xiàng)的處理往往會(huì)降低計(jì)算效率。逡逑－＋ＨＨ邋Ｋｆ逡逑：：邐邋￣邋￣￣＊——邐邐邐逡逑ｔ＝ｏ邐ｔ＝ｔ逡逑圖ｉ－ｉ拉格朗日網(wǎng)格逡逑WW逡逑ｔ＝ｔ，邐ｔ＝ｔ２逡逑圖１－２歐拉網(wǎng)格逡逑Ｃａｓｃｍｉ等［２９］采用耦合有限單元法模擬了降水引起的淺層滑坡的破壞失效過逡逑程。Ｆｒａｎｃｏｉｓ等［３＜）］采用修正劍橋模型模擬了大型Ｔｒｉｅｓｅｎｂｅｒｇ滑坡，模擬速度峰值、逡逑速度的時(shí)空分布和總位移與野外實(shí)測結(jié)果吻合較好。Ｓａｎａｖｉａ等［３１］利用有限元法逡逑分析了滑坡的穩(wěn)定性問題。逡逑隨著研宄的深入，＞＾0１１等［３２］集合拉格朗日法和歐拉法的優(yōu)點(diǎn)提出了任意拉格逡逑４逡逑

５物質(zhì)點(diǎn)法逡逑物質(zhì)點(diǎn)法也是一種無網(wǎng)格法，是由８也辦等［５９＇６３］最先提出的。物質(zhì)點(diǎn)法的逡逑基本原理是將連續(xù)體離散成物質(zhì)點(diǎn)，物質(zhì)點(diǎn)攜帶物質(zhì)的所有信息，如圖１－３所示，逡逑通過物質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)描述物體的變形。它采用拉格朗日法和歐拉法雙重描述，物質(zhì)逡逑點(diǎn)采用拉格朗日法描述，背景網(wǎng)格采用歐拉法描述。背景網(wǎng)格用于計(jì)算控制方程，逡逑確定參數(shù)增量，通過背景網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)和物質(zhì)點(diǎn)的相互映射實(shí)現(xiàn)物質(zhì)信息的傳遞，通逡逑６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號(hào)：2733070