蠕动型滑坡变形失稳特征及滑动模型研究

发布时间：2017-12-11 21:01

  本文关键词：蠕动型滑坡变形失稳特征及滑动模型研究

  更多相关文章： 蠕动型滑坡 地表位移 内部破坏特征 稳定性评价 滑动模型

【摘要】：滑坡灾害是自然界常见的重大地质灾害之一,每年占到全球地质灾害总数的一半以上,不仅给人类生命带来威胁,而且对环境、资源、财产等造成严重的破坏。对滑坡稳定状态、发展趋势和影响范围有效的分析是滑坡灾害预测预报的核心工作。由于滑坡形成机制复杂、诱发因素多样及治理费用高昂等特点,目前多是对规模大且持续变形中的滑坡进行监测。传统的滑坡稳定性评价主要是从力学角度出发,采用力学本构模型评价滑坡稳定安全系数,而滑坡监测获得的最直接数据一般是地表及深部位移,目前一般通过拟合、推断等数学方法来分析滑坡的变形特征,没有充分挖掘监测数据与滑坡内部破坏特征之间的关系。本论文基于模拟数据,建立滑坡变形位移与内部破坏特征的关系模型,实现通过位移特征直接评价滑坡稳定状态及发展趋势的研究目的,为滑坡预测预报提供一个方便高效的途径。同时,本论文研究滑坡失稳后的运动过程,建立基于GIS和力学模型的滑动模型。论文从理论模型研究、实验验证、实例分析等角度出发,开展蠕动型滑坡变形失稳特征及失稳滑动模拟研究。运用有限元强度折减法,借助FLAC3D软件,重点研究蠕动型滑坡在发生、发展至破坏的全过程及破坏后,地表位移与安全系数之间的关系,建立蠕动型滑坡地表变形位移与内部破坏特征关系模型;以室内滑坡实验研究及千将坪滑坡、凉水井滑坡和金坪子滑坡等3个滑坡实例研究,分别对论文所提出的蠕动型滑坡地表变形位移与内部破坏特征关系模型进行验证;依据论文所提出的关系模型建立基于表观位移突变点的滑坡稳定性阶段判据,对照分析金坪子滑坡II区和藕塘滑坡的实际监测数据,取得较好的效果,完成蠕动型滑坡变形失稳特征的研究和实践。在此研究基础上,对蠕动型滑坡失稳运动进行滑动模拟研究,提出基于GIS和力学模型的蠕动型滑坡失稳滑动模拟的光滑粒子流体动力学(SPH)三维粒子模型;以唐家山滑坡和金坪子滑坡IⅡ区为例,分别对该模型进行实例验证和分析,完成蠕动型滑坡失稳滑动模拟的研究和实践。论文完成的工作及取得的主要结论如下：1、系统总结滑坡稳定性评价、预测预报及影响范围预测的研究方法及现状：针对蠕动型滑坡的特点,提出以蠕动型滑坡地表位移来表征其演化阶段划分标准的研究目标。2、提出基于位移特征的蠕动型滑坡变形与内部破坏特征关系模型。论文系统总结蠕动型滑坡变形-时间曲线特征和强度折减法的基本原理、滑动面确定、破坏判据、本构模型、屈服准则及应用现状,分析研究强度折减法破坏判据的选取。采用FLAC3D对均质边坡进行数值模拟,依据模拟得到的地表位移数据分析地表位移与折减系数关系曲线,得到蠕动型滑坡演化过程中地表位移变形特征：地表位移-折减系数曲线会出现两个明显的突变点,将这两个突变点分别对应的安全系数值定义为α和6,以此为界限将滑坡演化过程分为三个阶段：当安全系数Fs≥a时,为稳定阶段；当aFsb时,为破坏阶段；当Fs≤6时,为失稳阶段。其次,依据模拟得到的滑体主应力数据分析,得到随着安全系数的降低,主应力不会出现明显的变化。3、对所建立的蠕动型滑坡变形位移与内部破坏关系模型进行实验研究。实验主要分为两部分：(1)确定实验所堆建滑坡模型材料参数,通过土力学试验得到试样的密度、粘聚力和内摩擦角；(2)滑坡模型地表变形位移特征分析,利用地面型三维激光扫描仪监测实验滑坡模型从启动至失稳破坏全过程的地表位移,通过DEM比较法,得到滑坡在垂直方向的变形位移,分析滑坡在发生、发展至破坏全过程的变形位移特征：位移-时间曲线会出现两个明显的突变点,并以此突变点为界限,位移值呈现明显增大的趋势,说明在出现突变点的时刻,滑坡内部状态发生了变化,地表位移与内部状态存在紧密的联系：同时,记录滑坡后缘拉裂缝的开展情况,用于辅助滑坡稳定性评价。4、以千将坪滑坡、凉水井滑坡和金坪子滑坡为例,进行蠕动型滑坡变形失稳评价的实例研究。依据滑坡实例的现场地质勘察资料,采用论文中运用的强度折减法进行实例分析研究。论文采用FLAC3D分别对这3个滑坡的变形情况进行数值模拟,依据模拟得到的地表位移数据分析地表位移与安全系数(折减系数)关系曲线,得到蠕动型滑坡在发生、发展至破坏的全过程及破坏后,地表位移会出现两个突变点的特征,说明通过位移突变点来对滑坡稳定性进行评价是可行的：分析模拟过程中滑体的最大最小主应力数据,得到蠕动型滑坡在发生、发展至破坏的全过程及破坏后,主应力不会出现明显的变化,由此说明,采用监测应力变化来分析蠕动型滑坡稳定性的效果是不明显的。5、基于论文提出的蠕动型滑坡变形位移与内部破坏特征关系模型,建立基于表观位移突变点α、6的滑坡稳定性阶段判据。以金坪子滑坡和藕塘滑坡为例,论文首先统计分析金坪子滑坡Ⅱ区自2005年5月18日至2009年9月25日的地表位移监测数据和钻孔倾斜仪有效观测时间内的深部位移数据,得到金坪子滑坡Ⅱ区的变形特征,同时,运用本文所建立的滑坡稳定性阶段判据得到该区的内部破坏特征及稳定状态,与通过现场实际监测数据分析得到的结果是一致的。接着,论文统计分析藕塘滑坡自2014年2月1日至2015年1月31的地表水平位移监测数据,得到藕塘滑坡的变形特征,同时,运用本文所建立的滑坡稳定性阶段判据分析该区的内部破坏特征及稳定状态,得到与通过现场实际监测数据分析结果相一致的结论。6、提出基于GIS和力学模型的蠕动型滑坡失稳滑动模拟的SPH三维粒子模型。首先,论文系统研究边坡信息的GIS表达方式,使得与滑坡相关的空间信息,如地表面、地层、滑动面、地下水位等,都可以以GIS数据形式进行表达；然后,研究滑坡滑动模拟的SPH方法和基于宾汉流体的力学模型。在此研究的基础上,建立基于GIS空间数据和宾汉流体本构模型的滑坡SPH三维粒子模型,并通过C#编程实现粒子的插入填充过程,提高模拟仿真的效率,进一步以结合摩尔-库仑破坏准则的SPH为核心,实现蠕动型滑坡失稳运动过程的仿真模拟。7、以唐家山滑坡和金坪子滑坡Ⅱ区为例,进行滑坡失稳运动模拟的实例研究。首先以唐家山滑坡为研究对象,运用文中所提出的蠕动型滑坡SPH三维粒子模型建立唐家山滑坡三维断面SPH粒子模型,以结合摩尔-库仑破坏准则的SPH为核心,得到唐家山滑坡的三维SPH模拟结果,并与已有的二维SPH模拟结果对比,表明三维SPH模拟比二维SPH模拟更加接近真实状态,验证文中所提出的蠕动型滑坡滑动模拟的SPH三维粒子模型的可靠性及优越性。其次,以金坪子滑坡Ⅱ区为对象,模拟该区失稳运动的全过程,预测滑坡失稳的影响范围。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P642.22

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 石传奇;安翼;杨家修;;滑坡涌浪的三维SPH方法模拟及其工程应用[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2015年10期

2 陶言祺;李家钢;;基于SPH深度积分模型的滑坡数值分析[J];水利与建筑工程学报;2015年05期

3 黄世秀;高飞;朱大勇;洪天求;;矿山三维地质模型及数字化仿真[J];测绘科学;2015年06期

4 徐江;朱彦鹏;;上卓沟泥石流流动特性及流体—结构流固耦合数值模拟研究[J];水利学报;2015年S1期

5 张曼;唐小松;李典庆;;含相关非正态变量边坡可靠度分析的子集模拟方法[J];武汉大学学报(工学版);2012年01期

6 张鹏;郭海庆;;基于强度折减的岩质边坡失稳判据的探讨[J];水电能源科学;2012年02期

7 李勤光;;基于强度折减理论的西南某库岸滑坡稳定性FLAC~(3D)分析[J];铁道勘察;2012年01期

8 邬凯;盛谦;张勇慧;;基于加卸载响应比理论的降雨型滑坡预警研究[J];防灾减灾工程学报;2011年06期

9 王宇;曹强;李晓;刘帅;余宏明;;边坡渐进破坏的模糊随机可靠性研究[J];工程地质学报;2011年06期

10 李亮;杨小礼;y囇┧，

本文编号：1279881