土质滑坡SPH运动模型及监测方法研究

发布时间：2020-07-04 08:38

【摘要】：滑坡灾害是自然界常见的地质灾害之一,每年占到全球地质灾害总数的一半以上,造成了严重的生命、财产损失。土质滑坡作为是滑坡灾害主要的一种,近年来逐渐成为滑坡工作者关注调查的重点与难点。对于土质滑坡运动过程的研究、潜在的影响危害范围以及成灾前的监测成为了此类研究的中的重点,具有重要的学术研究价值与工程实践应用意义。 目前,此类工作的研究主要内容包括：一是以高效高精度的计算机数值技术预测潜在的影响范围：二是对成灾前的滑坡体进行监测,为灾害的预警与决策提供基础。一方面,由于实际工程中土质滑坡运动过程以及影响范围的研究不具备可实验性,因而,其研究非常依赖于计算机辅助技术,高效高精度数值方法的重要性不言而喻；另一面,一个行之有效滑坡灾害体的监测方法,也是避免灾害造成更大损失一个关键核心。因而本文在充分研究目前主流的滑坡模拟数值方法及监测方法的基础上,归纳了目前滑坡数值分析方法及模型中存在的主要问题及局限性,从滑坡运动模型与监测两方面着手,有的放矢地提出了一系列的改进方法与模型,最终形成了论文主体,主要包括以下： (1)本文以光滑粒子流体动力学(SPH)方法为基础,将二维宾汉流体本构SPH模型拓展为三维模型,与二维模型相比,三维模型更真实地反映了滑坡体的受力状态,更符合真实情况,提高了模型的精度； (2)通过采用对密度近似及核梯度修正的方法提高了传统SPH方法的粒子近似精度,使用改进的耦合动力边界模型处理方法,这样的处理方法意义在于边界粒子无需进行特殊处理的情况下弥补了边界粒子的缺失,解决了土质滑坡复杂几何形状下边界条件的处理,提高了模型的稳定性； (3)建立了基于地理信息系统(GIS)平台的滑坡粒子模型生成的方法与三维SPH模型,并提出了应用该模型进行土质滑坡模拟的方法。通过与土质滑坡实例的对比分析,验证了改进方法下的三维宾汉流体本构SPH模型是比二维模型更精确的模型,该方法适用于流动型土质滑坡的运动模拟； (4)除了一部分表现出流体运动特征的土质滑坡,大部分土质滑坡仍然主要表现出固体运动的特征。本文提出了基于理想弹塑性固体本构的SPH土质滑坡运动模型,在Drucker-Prager屈服准则下考虑土体材料塑性屈服后进行非关联流动的屈服行为,通过改进密度近似和核梯度计算方法、边界条件处理方法及粒子模型建立方法,首次将基于理想弹塑性固体本构模型的SPH算法应用到滑坡运动模拟的研究中,提升了模型的适用性：并通过土质滑坡实例的对比分析,验证了该模型的精确性。 (5)对于实际滑坡的运动调查与分析中,除上述运动模型分析外还需依靠一些可靠的监测手段,有效把握土质滑坡的运动特征。基于地面三维激光扫描技术(TLS)的滑坡“面状”监测方法,本文通过室内测试与分析,验证了TLS的监测精度,以及完成了不同监测要求下参数选择的方案,并以金沙江乌东德库区金坪子滑坡二区为试验对象,探讨了针对大中型滑坡进行的多站点扫描监测方法与针对中小型滑动进行的固定站点扫描监测方法,经过现场监测与分析,验证了该方法的可行性与精度。最后,并在此基础上开发了基于GIS平台的滑坡位移分析系统,以达到快速有效地把握土质滑坡的运动特征的目的。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.22
【图文】：

害是全球主要地质灾害之一,每年世界范围内滑坡灾害产的损失。滑坡灾害在山区尤为普恑，主要分布于北美，欧洲、非洲和亚洲⑴。我国是世界上滑坡灾害最严重布十分广泛，尤其在西南、西北、华东、中南和华北的高原地区有都大量滑坡分布。滑坡的发生是一个多样、缓慢运动的滑坡难以发现识别；某些氋速运动的滑坡时将滑坡通道中的植被、房屋设施全部冲刷卷走，造成灾年3月22日美国华盛顿州奥索镇发生大面积山体滑,根据灾后调查报告[3],共43人在这次滑坡灾害中丧生，美国历史上最严重的滑坡灾害伤亡事故。另外，滑坡还失，华盛顿州政府评估的经济损失达5000万美元,Steelhe摧k溃�滑坡地点附近的交通系统停止运行长�

本文编号：2740895