文家沟滑坡碎屑流动力特性分析

发布时间：2017-10-07 02:40

  本文关键词：文家沟滑坡碎屑流动力特性分析

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【摘要】：高速远程滑坡-碎屑流是一种破坏性极强的地质灾害,具有突发性、高速性、远距离等特点。因此,对其影响因素、高速远程机理及运移堆积特性的研究显得尤为重要。由于滑坡-碎屑流的罕见性及突发性,现场监测数据十分匮乏,所以在运用理论公式求解或数值模拟试验时就会涉及到大量难以确定的参数,而室内模型试验在一定程度上却可以弥补数值模拟试验基本参数缺乏的问题,为数值模拟试验的研究提供一些基本参数。本文通过室内物理模型试验和数值试验对影响滑坡-碎屑流动力过程和堆积特性的因素进行了研究,并通过数值模拟的方式再现了文家沟滑坡-碎屑流运动堆积过程,主要工作和成果如下:(1)通过室内模型试验,研究了重力驱动下碎屑颗粒沿滑床运移堆积特性,分析材料类型、颗粒粒径、坡面坡度、碎屑体积、崩塌次数和释放形态等因素对碎屑体运动距离,堆积长度,堆积宽度及堆积高度的影响。结果表明,卵石堆积体相对与砾石堆积体堆积范围较小,释放形态和坡面坡度对运动距离和堆积形态影响较小,运动距离随崩塌次数和体积的增加而减小。(2)基于均匀设计试验对滑坡-碎屑流室内试验进行模拟,通过BP神经网络建立了数值计算微观参数与运移堆积特性之间的对应关系,采用反分析方法确定了室内模拟试验所需的微观参数。(3)依据文家沟滑坡工程地质特征,建立了PFC~(3D)数值计算模型,分析了文家沟滑坡三维运动全过程,讨论了滑面摩擦系数、平行粘结强度、颗粒接触刚度对滑坡运动距离及堆积特征的影响。分析结果表明:当坡面摩擦系数取0.2,颗粒平行粘结强度取2MPa,颗粒间接触刚度取2×108KN/m时,模拟结果与实际情况基本一致。文家沟滑坡-碎屑流从启动至颗粒完成堆积约115s,滑体最大速度为114m/s。由于滑体与山体发生三次剧烈碰撞,滑体动能减弱,运动能力降低,导致大部分颗粒沉积在文家沟沟谷内。
【关键词】：滑坡-碎屑流 模型试验 均匀设计 BP神经网络 PFC~(3D)
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 选题目的及意义10
• 1.2 国内外研究现状及进展10-16
• 1.2.1 滑坡-碎屑流的定义10
• 1.2.2 滑坡-碎屑流物理模型试验研究10-12
• 1.2.3 滑坡-碎屑流高速远程理论研究12-15
• 1.2.4 滑坡-碎屑流数值试验研究15-16
• 1.3 主要研究内容及创新性成果16-17
• 1.4 技术路线17-18
• 2 室内模型试验18-32
• 2.1 试验设备及材料18-21
• 2.1.1 试验设备18-20
• 2.1.2 试验材料20-21
• 2.2 试验方案21
• 2.3 数据测量21-23
• 2.4 试验结果分析23-30
• 2.4.1 颗粒粒径的影响23-25
• 2.4.2 坡面坡度影响25-26
• 2.4.3 碎屑体积与释放形态影响26-27
• 2.4.4 释放次数影响27-28
• 2.4.5 材料类型28-29
• 2.4.6 试验结果汇总表29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 3 基于BP神经网络的滑坡-碎屑流动力过程微观参数反分析32-48
• 3.1 基于均匀设计的滑坡-碎屑流动力过程数值模拟32-35
• 3.1.1 PFC~(3D)简介32
• 3.1.2 均匀试验设计32-34
• 3.1.3 数值试验模型的建立34-35
• 3.2 滑坡-碎屑流动力过程数值模拟35-40
• 3.2.1 本构模型的选择35
• 3.2.2 微观参数的选取35
• 3.2.3 微观参数的均匀设计35-36
• 3.2.4 均匀设计试验结果36-40
• 3.3 基于BP神经网络的PFC~(3D)数值试验微观参数反分析40-44
• 3.3.1 BP网络模型简介40-41
• 3.3.2 BP网络模型特点41
• 3.3.3 BP网络学习算法41-42
• 3.3.4 网络的训练过程42-44
• 3.4 数值计算微观参数反分析BP神经网络的建立44-47
• 3.4.1 输入输出样本的选择与设计44
• 3.4.2 神经网络的创建44
• 3.4.3 BP神经网络的训练和仿真44-47
• 3.4.4 微观参数反分析结果47
• 3.5 小结47-48
• 4 文家沟滑坡-碎屑流基本特征与成因机理分析48-56
• 4.1 滑坡概况48
• 4.2 地形地貌48-49
• 4.3 地层岩性49-50
• 4.4 区域构造50-53
• 4.5 滑坡特征53-54
• 4.5.1 滑源区54
• 4.5.2 运移堆积区54
• 4.6 运动过程分析54-55
• 4.7 成因机制分析55-56
• 4.7.1 启动机制55
• 4.7.2 滑体碎屑化机制55-56
• 5 文家沟滑坡动力过程数值分析56-78
• 5.1 参数选取56-58
• 5.1.1 数值阻尼56
• 5.1.2 岩体力学参数56-58
• 5.2 模型建立58-60
• 5.2.1 滑体58
• 5.2.2 三维地表58
• 5.2.3 初始条件与边界条件58-59
• 5.2.4 计算终止条件59-60
• 5.2.5 监测点布置60
• 5.3 计算结果分析60-67
• 5.3.1 坡面摩擦系数影响61-63
• 5.3.2 平行粘结强度影响63-65
• 5.3.3 球体刚度影响65-67
• 5.4 文家沟滑坡-碎屑流动力过程数值模拟67-75
• 5.4.1 不同时刻滑体位置67-69
• 5.4.2 滑体运动速度69-75
• 5.4.3 滑体碎屑化过程75
• 5.5 小结75-78
• 6 结论与建议78-80
• 6.1 结论78
• 6.2 建议78-80
• 参加科研项目及论文发表情况80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-87

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本文编号：986485