基于连续-非连续耦合方法的降雨滑坡数值模拟研究
发布时间：2022-01-26 14:11
为研究降雨滑坡过程和破坏特征,基于连续-非连续耦合分析方法,采用边界墙耦合方法建立了连续数值模型与离散元数值模型的耦合边界,利用连续模型进行降雨入渗的饱和-非饱和渗流分析,而后生成连续-非连续耦合模型.通过等效力的方法将渗流场和孔压场施加到离散模型中,进行了降雨影响下的滑坡过程耦合分析.通过案例探讨了该方法的可行性,分析了降雨耦合分析中阻尼参数对结果的影响规律.结果表明,通过连续-非连续耦合计算方式对降雨滑坡进行耦合分析,能够较好地进行降雨作用下滑坡过程和破坏特征分析,研究结论可为连续-非连续数值仿真在岩土工程中的应用提供参考.
【文章来源】：河南科学. 2020,38(05)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
连续-非连续耦合边界墙
本文提出的降雨滑坡的连续-非连续耦合分析流程如图2所示，模型的模拟分为降雨过程的模拟和滑坡过程的模拟.降雨模拟通过连续力学方法计算，由于降雨是长时间尺度的过程，其持续时间通常以小时和天为单位，在分析时通常不考虑变形[7,18]，故固定变形以节省效率，采用基于饱和-非饱和渗流理论对降雨进行计算，并对孔压场和渗流场进行记录.滑坡过程的模拟将允许模型自由变形，将可能发生破坏的区域进行离散化，基于耦合边界墙的方法生成连续-非连续模型，并将孔压场和渗流场通过等效力和土体弱化的方法叠加进模型，进而对降雨滑坡进行连续-非连续耦合计算分析.降雨过程模拟采用饱和-非饱和渗流理论.非饱和土渗流分析中考虑土-水特征线和水力传导方程，其中土-水特征线用来描述含水率与吸力的关系，水力传导方程用来描述渗透系数与吸力的关系.本文采用常用的Van Genuchten(VG）模型[19]来模拟非饱和土的水力特性.VG模型中土-水特征曲线的表达式为：
给定降雨强度为1.0×10-6m/s，连续降雨10 d，通过上文描述的动态边界条件方法，将降雨荷载施加于模型的上部边界.图4为边坡在降雨10 d后的孔隙水压力分布及饱和度等值图，可见此时边坡的坡脚，坡面以及坡顶已经由负孔隙水压力升至正孔压，这表明此区域内的土体已经由非饱和转化为暂态饱和区，且在坡脚处与坡体下部的正孔压区连通，暂态饱和区内孔隙水压力最大不超过50 kPa.由于边坡坡面及坡顶的水分在重力作用下向坡脚处下渗，所以坡脚处的饱和区范围更大，地下水位上升幅度也较为明显.图4 降雨计算结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]沟道偏转地形对滑坡碎屑流运动的影响研究[J]. 胡晓波,樊晓一,田述军. 山地学报. 2019(03)
[2]地震作用下黄土斜坡失稳及运动过程的离散元模拟[J]. 王颖,庄建琦,李威,赵勇,贾艳军. 工程地质学报. 2018(05)
[3]土质边坡的饱和-非饱和渗流分析及特殊应力修正[J]. 谢强,田大浪,刘金辉,张建华,张志斌. 岩土力学. 2019(03)
[4]降雨对黄土路基边坡的冲刷规律[J]. 张雁,高树增,闫超群,黄升,刘彬,方新海,葛宜伦. 中国地质灾害与防治学报. 2017(04)
[5]PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究[J]. 曹文,李维朝,唐斌,邓刚,李俊峰. 工程地质学报. 2017(02)
[6]牛圈沟滑坡离散元数值分析[J]. 孙新坡,何思明,高成凤,刘保华. 兰州大学学报(自然科学版). 2017(01)
[7]降雨诱发缓倾顺层滑坡机制离散元模拟[J]. 瞿生军,赵建军,丁秀美,解明礼,步凡,王俊,廖芸婧. 水文地质工程地质. 2016(06)
[8]Failure mechanism and stability analysis of the Zhenggang landslide in Yunnan Province of China using 3D particle flow code simulation[J]. SHI Chong,LI De-jie,CHEN Kai-hua,ZHOU Jia-wen. Journal of Mountain Science. 2016(05)
[9]边坡稳定性分析中的渗透力计算方法考证[J]. 蒋中明,龙芳,熊小虎,冯树荣,钟辉亚. 岩土力学. 2015(09)
[10]基于离散–连续耦合的尾矿坝边坡破坏机理分析[J]. 张铎,刘洋,吴顺川,汪成林. 岩土工程学报. 2014(08)
博士论文
[1]基于连续—离散耦合的边坡稳定性分析方法及应用研究[D]. 严琼.北京科技大学 2016
本文编号：3610628
【文章来源】：河南科学. 2020,38(05)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
连续-非连续耦合边界墙
本文提出的降雨滑坡的连续-非连续耦合分析流程如图2所示，模型的模拟分为降雨过程的模拟和滑坡过程的模拟.降雨模拟通过连续力学方法计算，由于降雨是长时间尺度的过程，其持续时间通常以小时和天为单位，在分析时通常不考虑变形[7,18]，故固定变形以节省效率，采用基于饱和-非饱和渗流理论对降雨进行计算，并对孔压场和渗流场进行记录.滑坡过程的模拟将允许模型自由变形，将可能发生破坏的区域进行离散化，基于耦合边界墙的方法生成连续-非连续模型，并将孔压场和渗流场通过等效力和土体弱化的方法叠加进模型，进而对降雨滑坡进行连续-非连续耦合计算分析.降雨过程模拟采用饱和-非饱和渗流理论.非饱和土渗流分析中考虑土-水特征线和水力传导方程，其中土-水特征线用来描述含水率与吸力的关系，水力传导方程用来描述渗透系数与吸力的关系.本文采用常用的Van Genuchten(VG）模型[19]来模拟非饱和土的水力特性.VG模型中土-水特征曲线的表达式为：
给定降雨强度为1.0×10-6m/s，连续降雨10 d，通过上文描述的动态边界条件方法，将降雨荷载施加于模型的上部边界.图4为边坡在降雨10 d后的孔隙水压力分布及饱和度等值图，可见此时边坡的坡脚，坡面以及坡顶已经由负孔隙水压力升至正孔压，这表明此区域内的土体已经由非饱和转化为暂态饱和区，且在坡脚处与坡体下部的正孔压区连通，暂态饱和区内孔隙水压力最大不超过50 kPa.由于边坡坡面及坡顶的水分在重力作用下向坡脚处下渗，所以坡脚处的饱和区范围更大，地下水位上升幅度也较为明显.图4 降雨计算结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]沟道偏转地形对滑坡碎屑流运动的影响研究[J]. 胡晓波,樊晓一,田述军. 山地学报. 2019(03)
[2]地震作用下黄土斜坡失稳及运动过程的离散元模拟[J]. 王颖,庄建琦,李威,赵勇,贾艳军. 工程地质学报. 2018(05)
[3]土质边坡的饱和-非饱和渗流分析及特殊应力修正[J]. 谢强,田大浪,刘金辉,张建华,张志斌. 岩土力学. 2019(03)
[4]降雨对黄土路基边坡的冲刷规律[J]. 张雁,高树增,闫超群,黄升,刘彬,方新海,葛宜伦. 中国地质灾害与防治学报. 2017(04)
[5]PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究[J]. 曹文,李维朝,唐斌,邓刚,李俊峰. 工程地质学报. 2017(02)
[6]牛圈沟滑坡离散元数值分析[J]. 孙新坡,何思明,高成凤,刘保华. 兰州大学学报(自然科学版). 2017(01)
[7]降雨诱发缓倾顺层滑坡机制离散元模拟[J]. 瞿生军,赵建军,丁秀美,解明礼,步凡,王俊,廖芸婧. 水文地质工程地质. 2016(06)
[8]Failure mechanism and stability analysis of the Zhenggang landslide in Yunnan Province of China using 3D particle flow code simulation[J]. SHI Chong,LI De-jie,CHEN Kai-hua,ZHOU Jia-wen. Journal of Mountain Science. 2016(05)
[9]边坡稳定性分析中的渗透力计算方法考证[J]. 蒋中明,龙芳,熊小虎,冯树荣,钟辉亚. 岩土力学. 2015(09)
[10]基于离散–连续耦合的尾矿坝边坡破坏机理分析[J]. 张铎,刘洋,吴顺川,汪成林. 岩土工程学报. 2014(08)
博士论文
[1]基于连续—离散耦合的边坡稳定性分析方法及应用研究[D]. 严琼.北京科技大学 2016
本文编号：3610628
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/diqiudizhi/3610628.html
