三维DDA接触模型与边坡滚石破坏规律研究
发布时间：2023-03-18 22:30
崩塌滚石是仅次于滑坡的地质灾害。陡坡上危岩体受三维空间结构面切割,在重力、风化营力、地震、渗透压力等外力作用下从母岩分离,形成滚石。边坡的变形失稳、运动、发展、破坏,是一种典型的非连续块体系统大位移和大变形动力问题,存在着复杂形状块体与复杂地形坡面间的接触变换。因此,准确描述滚石运动过程,掌握滚石运动规律和控制方法,是研究人员近期十分关注的工作。本文基于三维非连续变形分析(3D DDA)方法,综合室内试验、校园试验和现场试验等手段,考虑边坡三维地形及滚石几何特征,定量定性研究边坡失稳和崩塌滚石运动特征、能量转化、冲击破坏能力及致灾方量等,揭示边坡失稳和崩塌滚石成灾机理及规律,为滚石防护措施设计和工程防灾减灾奠定基础。论文主要内容如下:(1)将以进入块体模型为核心的接触理论引入到3D DDA方法;基于有限变形S-R分解理论,数值上实现了 3D DDA大转动模型的改进,解决了三维块体大转动引起的体积膨胀问题;通过节理面各角点接触力之和大小来确定整个节理面的接触状态,改进3D DDA临界滑动状态接触判断准则,解决了临界滑动状态块体运动不合理问题;根据恢复系数概念、动量定理和DDA接触力发展方...
【文章页数】：199 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外边坡滚石研究现状
1.2.1 滚石成因机制及失稳启动模式
1.2.2 滚石运动特征及研究方法
1.2.3 滚石灾害评价及防护方法
1.3 非连续变形分析(DDA)方法研究现状
1.3.1 DDA方法简介及优势
1.3.2 DDA理论研究现状
1.3.3 DDA应用研究现状
1.3.4 3D DDA方法研究现状
1.4 本文主要研究内容
2 三维DDA方法与接触模型改进
2.1 三维DDA基本原理
2.2 三维接触处理
2.2.1 块体数学表示
2.2.2 接触代数计算
2.2.3 接触力学计算
2.2.4 接触理论在3D DDA中的实现
2.3 块体大转动模型改进
2.3.1 S-R分解理论
2.3.2 转动模型改进
2.3.3 改进结果
2.4 块体临界滑动模型改进
2.4.1 3D DDA滑动模型局限性
2.4.2 滑动模型改进
2.4.3 改进结果
2.5 块体碰撞接触模型分析
2.5.1 3D DDA动力学基础
2.5.2 碰撞恢复系数
2.5.3 碰撞冲量
2.6 滚石基本运动3D DDA验证
2.6.1 滑动、斜抛、自由落体
2.6.2 碰撞弹跳
2.6.3 滚动
2.7 本章小结
3 岩质边坡倾倒破坏机理
3.1 岩质边坡破坏模式
3.1.1 滑移模式
3.1.2 倾倒模式
3.1.3 崩塌落石模式
3.2 考虑惯性分量的失稳模型分析
3.2.1 单块体模型
3.2.2 块体柱模型
3.2.3 倾倒型边坡
3.3 倾倒分析的进一步工作
3.4 倾倒模型分析与力学机理探究
3.4.1 单块体及块体柱
3.4.2 Goodman倾倒边坡模型
3.5 理想山坡岩体倾倒分析
3.6 工程实例
3.7 本章小结
4 边坡滚石破坏的树木阻挡效应和平台防护作用
4.1 引言
4.2 滚石边坡重要研究指标
4.2.1 滚石动能
4.2.2 滚石运动轨迹
4.2.3 滚石动能和运动轨迹验证分析
4.3 考虑树木阻挡效应的滚石运动
4.3.1 运动形式
4.3.2 碰撞类型
4.3.3 树木阻挡效应
4.4 树木阻挡滚石模型输出
4.5 树木阻挡算例分析
4.5.1 树高
4.5.2 树木半径
4.5.3 树木与滚石崩塌起始点距离
4.5.4 树木间距
4.5.5 树木分布
4.6 滚石平台防护作用算例分析
4.6.1 坡高
4.6.2 坡角
4.6.3 坡形
4.7 工程实例
4.7.1 树木拦挡效应
4.7.2 滚石平台防护作用
4.8 本章小结
5 块体运动试验与滚石运动特征研究
5.1 室内试验材料
5.2 室内试验平台系统
5.3 室内试验工况及结果分析
5.3.1 单块体及块体柱
5.3.2 单排块体系统
5.3.3 散粒体
5.3.4 失稳块体沿途碰撞
5.3.5 柱状物阻挡块体运动
5.4 室外试验场地与滚石选择
5.4.1 试验场地
5.4.2 试验滚石
5.5 双目立体视觉滚石试验系统
5.5.1 滚石自动释放装置
5.5.2 滚石空间位置测定系统
5.5.3 双目相机立体视觉系统
5.5.4 现场滚石试验系统
5.5.5 相机标定系统
5.5.6 试验研究指标
5.6 校园边坡试验工况及结果分析
5.6.1 边坡A滚石运动特征
5.6.2 边坡B滚石运动特征
5.6.3 边坡C滚石运动特征
5.6.4 滚石运动过程分析
5.7 现场边坡试验工况及结果分析
5.7.1 滚石不同质量
5.7.2 滚石不同形状
5.7.3 滚石不同启落高度
5.7.4 滚石不同启落角度
5.7.5 边坡不同几何特征
5.7.6 滚石运动过程分析
5.8 本章小结
6 西藏K4580典型边坡滑坡及崩塌滚石分析
6.1 工程概况
6.2 边坡3D DDA模型
6.3 大型滑坡分析
6.4 巨石崩塌分析
6.5 大型崩塌分析
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3763994
【文章页数】：199 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外边坡滚石研究现状
1.2.1 滚石成因机制及失稳启动模式
1.2.2 滚石运动特征及研究方法
1.2.3 滚石灾害评价及防护方法
1.3 非连续变形分析(DDA)方法研究现状
1.3.1 DDA方法简介及优势
1.3.2 DDA理论研究现状
1.3.3 DDA应用研究现状
1.3.4 3D DDA方法研究现状
1.4 本文主要研究内容
2 三维DDA方法与接触模型改进
2.1 三维DDA基本原理
2.2 三维接触处理
2.2.1 块体数学表示
2.2.2 接触代数计算
2.2.3 接触力学计算
2.2.4 接触理论在3D DDA中的实现
2.3 块体大转动模型改进
2.3.1 S-R分解理论
2.3.2 转动模型改进
2.3.3 改进结果
2.4 块体临界滑动模型改进
2.4.1 3D DDA滑动模型局限性
2.4.2 滑动模型改进
2.4.3 改进结果
2.5 块体碰撞接触模型分析
2.5.1 3D DDA动力学基础
2.5.2 碰撞恢复系数
2.5.3 碰撞冲量
2.6 滚石基本运动3D DDA验证
2.6.1 滑动、斜抛、自由落体
2.6.2 碰撞弹跳
2.6.3 滚动
2.7 本章小结
3 岩质边坡倾倒破坏机理
3.1 岩质边坡破坏模式
3.1.1 滑移模式
3.1.2 倾倒模式
3.1.3 崩塌落石模式
3.2 考虑惯性分量的失稳模型分析
3.2.1 单块体模型
3.2.2 块体柱模型
3.2.3 倾倒型边坡
3.3 倾倒分析的进一步工作
3.4 倾倒模型分析与力学机理探究
3.4.1 单块体及块体柱
3.4.2 Goodman倾倒边坡模型
3.5 理想山坡岩体倾倒分析
3.6 工程实例
3.7 本章小结
4 边坡滚石破坏的树木阻挡效应和平台防护作用
4.1 引言
4.2 滚石边坡重要研究指标
4.2.1 滚石动能
4.2.2 滚石运动轨迹
4.2.3 滚石动能和运动轨迹验证分析
4.3 考虑树木阻挡效应的滚石运动
4.3.1 运动形式
4.3.2 碰撞类型
4.3.3 树木阻挡效应
4.4 树木阻挡滚石模型输出
4.5 树木阻挡算例分析
4.5.1 树高
4.5.2 树木半径
4.5.3 树木与滚石崩塌起始点距离
4.5.4 树木间距
4.5.5 树木分布
4.6 滚石平台防护作用算例分析
4.6.1 坡高
4.6.2 坡角
4.6.3 坡形
4.7 工程实例
4.7.1 树木拦挡效应
4.7.2 滚石平台防护作用
4.8 本章小结
5 块体运动试验与滚石运动特征研究
5.1 室内试验材料
5.2 室内试验平台系统
5.3 室内试验工况及结果分析
5.3.1 单块体及块体柱
5.3.2 单排块体系统
5.3.3 散粒体
5.3.4 失稳块体沿途碰撞
5.3.5 柱状物阻挡块体运动
5.4 室外试验场地与滚石选择
5.4.1 试验场地
5.4.2 试验滚石
5.5 双目立体视觉滚石试验系统
5.5.1 滚石自动释放装置
5.5.2 滚石空间位置测定系统
5.5.3 双目相机立体视觉系统
5.5.4 现场滚石试验系统
5.5.5 相机标定系统
5.5.6 试验研究指标
5.6 校园边坡试验工况及结果分析
5.6.1 边坡A滚石运动特征
5.6.2 边坡B滚石运动特征
5.6.3 边坡C滚石运动特征
5.6.4 滚石运动过程分析
5.7 现场边坡试验工况及结果分析
5.7.1 滚石不同质量
5.7.2 滚石不同形状
5.7.3 滚石不同启落高度
5.7.4 滚石不同启落角度
5.7.5 边坡不同几何特征
5.7.6 滚石运动过程分析
5.8 本章小结
6 西藏K4580典型边坡滑坡及崩塌滚石分析
6.1 工程概况
6.2 边坡3D DDA模型
6.3 大型滑坡分析
6.4 巨石崩塌分析
6.5 大型崩塌分析
6.6 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
本文编号：3763994
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