土质滑坡动力过程物质点法模拟

发布时间：2020-06-28 13:30

【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。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P642.22
【图文】：

网格图,欧拉,网格

处理大变形和极端变形的情况。欧拉有限元法描述的是场的变化，其网格固定在逡逑空间位置上，通过计算经过网格单元的通量来计算质量和速度等变量的分布，如逡逑图１－２所示。采用欧拉有限元计算大变形时，不会引起网格的变化，不会产生拉逡逑格朗日网格畸变的问题。然而，欧拉有限元法很难分析固定点变量的时间历程，逡逑对于不规则的物体难以精确描述自由界面，对流项的处理往往会降低计算效率。逡逑－＋ＨＨ邋Ｋｆ逡逑：：逦邋￣邋￣￣＊——逦逦逦逡逑ｔ＝ｏ逦ｔ＝ｔ逡逑图ｉ－ｉ拉格朗日网格逡逑WW逡逑ｔ＝ｔ，逦ｔ＝ｔ２逡逑图１－２欧拉网格逡逑Ｃａｓｃｍｉ等［２９］采用耦合有限单元法模拟了降水引起的浅层滑坡的破坏失效过逡逑程。Ｆｒａｎｃｏｉｓ等［３＜）］采用修正剑桥模型模拟了大型Ｔｒｉｅｓｅｎｂｅｒｇ滑坡，模拟速度峰值、逡逑速度的时空分布和总位移与野外实测结果吻合较好。Ｓａｎａｖｉａ等［３１］利用有限元法逡逑分析了滑坡的稳定性问题。逡逑随着研宄的深入，＞＾0１１等［３２］集合拉格朗日法和欧拉法的优点提出了任意拉格逡逑４逡逑

物质,拉格朗日法,欧拉法

５物质点法逡逑物质点法也是一种无网格法，是由８也办等［５９＇６３］最先提出的。物质点法的逡逑基本原理是将连续体离散成物质点，物质点携带物质的所有信息，如图１－３所示，逡逑通过物质点的运动描述物体的变形。它采用拉格朗日法和欧拉法双重描述，物质逡逑点采用拉格朗日法描述，背景网格采用欧拉法描述。背景网格用于计算控制方程，逡逑确定参数增量，通过背景网格结点和物质点的相互映射实现物质信息的传递，通逡逑６逡逑

【参考文献】