地震—降雨作用下的罐滩滑坡破坏数值模拟研究

发布时间：2017-04-21 11:08

  本文关键词：地震—降雨作用下的罐滩滑坡破坏数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：2008年5月12日汶川地震的发生引发了无数的地质灾害,罐滩滑坡是汶川大地震诱发的次生滑坡灾害,位于四川省绵阳市安县雎水镇,在汶川地震作用下斜坡并没有产生滑坡,而是在震后强降雨的影响之下,当天晚上22:00~23:00期间,斜坡失稳破坏,造成人员伤亡及财产损失,因此对其破坏机理研究具有十分重要的意义。对滑坡破坏机制的研究主要可以分为模型试验研究及数值模拟研究等。其中模型试验主要是通过合理比例对滑坡进行缩小模拟,这种方法通过实体实验取得相关参数,具有较高的可信度。但该方法通常耗时长,试验精度要求高,财力物力消耗大等特点。数值模拟研究是基于理论和计算机技术发展的分析方法。通过一定的有限元数值模拟软件、离散元或编程等方法,对实际工程情况进行模拟研究,建立数值模型。模型通过对实际工程情况进行分析,进而得到数值模型中物理力学参数及边界条件等的取值。通过数值计算得到模拟结果从而分析工程破坏的机制。近年来,颗粒流软件计算模型模拟的方法成为对地质灾害破坏机制定性研究的主要方法之一,本文第二章对颗粒流基本原理进行了介绍,并介绍了颗粒流程序的求解步骤,第三章介绍了研究区工程地质条件及罐滩滑坡基本特征,第四章利用PFC软件建立岩石单轴、双轴试验并给颗粒附不同的细观参数求解得到相应的宏观参数,从而利用这种关系对模型的细观参数进行标定,使得颗粒的细观参数可以较为真实的模拟模型破坏过程,再根据PFC模型模拟的一般规律建立了滑坡模型,加入两条节理,分别位于滑坡破坏的后缘拉裂区和岩层分界区。第五章介绍了地震波由加速度转化为力,通过给位于边界上的颗粒施加地震力来把地震波传入到整个模型当中;观察地震作用下滑坡的破坏过程,包括颗粒的速度、位移整体分布情况,斜坡中的水平应力,竖直应力和剪应力的变化。第六章引入GEO-Studio软件中的SEEP模块计算降雨作用下斜坡模型的渗水情况,以划分网格的方式提取渗流力加入到PFC模型当中进行迭代计算直至滑移面完全贯通,发生滑坡破坏。本文对罐滩滑坡在地震-降雨作用下的破坏过程进行了定性的研究。结论如下:(1)罐滩滑坡在地震作用下的破坏主要是由下部泥岩的较大变形以及坡表发育的节理引发的;(2)在地震作用下斜坡的破坏过程如下:首先是泥岩在地震力的作用下发生较大变形,在坡顶出产生较大拉裂缝,随后由于节理面间的连接较弱,裂缝开始发展;随着地震的不断进行,先后在节理面的下部和上部产生两条拉裂缝,并且不断加深张开,斜坡上部裂隙与地表连通;(3)地震作用下,位移由坡顶及坡脚位移量依次增大;也正是由于位移的不同导致了拉裂隙的形成;(4)水力作用对震后模型的作用随时间的增加不断增大。在地震作用后斜坡滑动面并未完全贯通,因此滑坡破坏并未发生;而加入降雨作用的数值模拟结果显示滑坡塑性区完全贯通,滑坡发生破坏。
【关键词】：罐滩滑坡 地震 离散元 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 罐滩滑坡的研究现状12
• 1.2.2 滑坡研究手段的研究现状12-16
• 1.2.3 地震作用下滑坡的研究现状16-17
• 1.3 主要研究内容及技术路线17-19
• 第2章 颗粒流程序（PFC）基本原理19-29
• 2.1 概述19
• 2.2 颗粒流程序基本原理19-21
• 2.2.1 基本单元19
• 2.2.2 基本假设19-20
• 2.2.3 基本特点20
• 2.2.4 应用领域20-21
• 2.3 颗粒流程序的计算原理21-23
• 2.3.1 力和位移关系—物理方程21-23
• 2.3.2 牛顿运动定律—运动定律23
• 2.4 颗粒流程序的接触模型23-26
• 2.4.1 空模型24
• 2.4.2 线性接触模型24
• 2.4.3 线性接触粘结模型24-25
• 2.4.4 线性平行粘结模型25
• 2.4.5 Hertze接触模型25-26
• 2.4.6 Hysteretic接触模型26
• 2.4.7 光滑节理模型26
• 2.4.8 平整节理模型26
• 2.5 颗粒流程序的求解步骤26-27
• 2.6 本章小结27-29
• 第3章 研究区工程地质条件及罐滩滑坡基本特征29-39
• 3.1 研究区工程地质条件29-36
• 3.1.1 自然地理条件29-31
• 3.1.2 地形地貌31-32
• 3.1.3 地层岩性32-34
• 3.1.4 水文地质条件34-35
• 3.1.5 地质构造及地震35-36
• 3.2 滑坡基本特征36-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 PFC滑坡模型的建立及细观参数的标定39-50
• 4.1 罐滩斜坡PFC2D模型建立39-40
• 4.1.1 斜坡模型尺寸选取39
• 4.1.2 斜坡初始模型的建立39-40
• 4.1.3 斜坡模型接触类型的选择40
• 4.1.4 模型的平衡40
• 4.2 接触模型细观参数的标定40-46
• 4.2.1 线性平行粘结模型细观参数标定结果41-45
• 4.2.2 光滑节理接触模型细观参数标定结果45-46
• 4.3 细观参数的校核46-48
• 4.3.1 平行粘结有效模量校核弹性模量46-47
• 4.3.2 其他参数校核岩体强度参数47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第5章 地震-降雨作用下罐滩滑坡的特征50-64
• 5.1 地震波的选取50-51
• 5.2 地震波的加载51-53
• 5.3 地震作用下斜坡的变形破坏过程53-58
• 5.3.1 地震作用下斜坡发展过程53-58
• 5.4 降雨作用下罐滩滑坡的破坏特征58-62
• 5.4.1 几何模型58-59
• 5.4.2 渗流水头的确定59-60
• 5.4.3 计算分析60-62
• 5.4.4 渗流对滑坡稳定性的影响62
• 5.5 本章小结62-64
• 第6章 结论与展望64-65
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-70
• 个人简介及攻读硕士期间发表的论文70-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：320195