【摘要】：滑坡動力過程的模擬是地質(zhì)災(zāi)害評價的主要內(nèi)容。傳統(tǒng)的邊坡評價多以確定邊坡穩(wěn)定性為目標(biāo),不考慮滑坡失穩(wěn)后的運動狀態(tài)。隨著研究的深入,對滑坡動力過程的認(rèn)識逐漸得到人們的重視。與傳統(tǒng)數(shù)值模擬方法相比,物質(zhì)點法在解決滑坡等大變形問題中具有獨特的優(yōu)勢。本文以巖土多孔介質(zhì)理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)了耦合物質(zhì)點法的計算公式,編制了相應(yīng)的物質(zhì)點法程序,討論了采用耦合物質(zhì)點法模擬滑坡動力過程的具體問題,并進行了實例計算和分析,主要取得如下成果:(1)在所提出的非飽和土和飽和土耦合物質(zhì)點法的三種計算格式中,USF-p的計算效率最高,USL-p次之,MUSL-p的計算效率最低。在計算幾何形狀不規(guī)則物體且背景網(wǎng)格單元只受一個物質(zhì)點影響時,USL-p的物質(zhì)點粒子會發(fā)生爆炸,導(dǎo)致計算失敗,MUSL-p和USF-p能夠保持很好的數(shù)值穩(wěn)定性。(2)采用焦曼應(yīng)力率,根據(jù)應(yīng)變矩陣來計算應(yīng)力矩陣,從而考慮了剛體轉(zhuǎn)動對試探應(yīng)力的影響,實現(xiàn)了基于摩爾-庫倫模型的物質(zhì)點法大變形模擬,有效避免了三維顆粒介質(zhì)潰散的物質(zhì)點模擬中的粒子爆炸現(xiàn)象。(3)滑坡土體的峰值塑性應(yīng)變影響著滑坡的啟程,峰值塑性應(yīng)變越小,局部破壞區(qū)域越發(fā)育,滑坡越容易失穩(wěn)。殘余強度參數(shù)影響著滑坡破壞后的滑距、坡頂裂縫發(fā)育特征和剪切面位置。殘余摩擦角越小,滑距越大,并且滑坡坡頂易于產(chǎn)生拉張裂縫。峰值強度參數(shù)的隨機性會加快局部破壞區(qū)域的發(fā)育,參數(shù)隨機性越大的滑坡越容易失穩(wěn),而且隨機性參數(shù)分布模擬的剪切帶位置比確定性參數(shù)模擬的剪切帶位置深。(4)側(cè)向擴展型滑坡首先在坡體前緣產(chǎn)生局部破壞,此后破壞區(qū)域持續(xù)向坡體內(nèi)部擴展,產(chǎn)生交錯變形的破壞面,形成其獨特的地壘和地塹構(gòu)造。隨著變形的發(fā)展,一級地塹構(gòu)造的內(nèi)部受到拉張作用進一步破壞,形成二級地壘和地塹構(gòu)造。(5)滑坡動力過程不僅受巖土體內(nèi)部強度參數(shù)的影響,而且還受不同巖土體接觸滑移影響,因此需要考慮不同強度巖土體的接觸作用。由此在傳統(tǒng)物質(zhì)點接觸算法的基礎(chǔ)上,提出了耦合物質(zhì)點接觸算法,允許飽和介質(zhì)間的分離及相對滑動。采用接觸算法模擬了深圳渣土場滑坡動力過程,渣土堆積為滑坡后緣提供了驅(qū)動力,在后緣形成局部破壞區(qū),同時,滑坡體前端受剪失穩(wěn),在剪出口處也形成局部破壞區(qū)。兩個局部破壞區(qū)逐漸向滑坡體內(nèi)部擴展,最終形成貫通的剪切滑動面。失穩(wěn)后,渣土與基巖的接觸作用影響滑坡體的滑距。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P642.22
【圖文】：

處理大變形和極端變形的情況。歐拉有限元法描述的是場的變化，其網(wǎng)格固定在逡逑空間位置上，通過計算經(jīng)過網(wǎng)格單元的通量來計算質(zhì)量和速度等變量的分布，如逡逑圖１－２所示。采用歐拉有限元計算大變形時，不會引起網(wǎng)格的變化，不會產(chǎn)生拉逡逑格朗日網(wǎng)格畸變的問題。然而，歐拉有限元法很難分析固定點變量的時間歷程，逡逑對于不規(guī)則的物體難以精確描述自由界面，對流項的處理往往會降低計算效率。逡逑－＋ＨＨ邋Ｋｆ逡逑：：邐邋￣邋￣￣＊——邐邐邐逡逑ｔ＝ｏ邐ｔ＝ｔ逡逑圖ｉ－ｉ拉格朗日網(wǎng)格逡逑WW逡逑ｔ＝ｔ，邐ｔ＝ｔ２逡逑圖１－２歐拉網(wǎng)格逡逑Ｃａｓｃｍｉ等［２９］采用耦合有限單元法模擬了降水引起的淺層滑坡的破壞失效過逡逑程。Ｆｒａｎｃｏｉｓ等［３＜）］采用修正劍橋模型模擬了大型Ｔｒｉｅｓｅｎｂｅｒｇ滑坡，模擬速度峰值、逡逑速度的時空分布和總位移與野外實測結(jié)果吻合較好。Ｓａｎａｖｉａ等［３１］利用有限元法逡逑分析了滑坡的穩(wěn)定性問題。逡逑隨著研宄的深入，＞＾0１１等［３２］集合拉格朗日法和歐拉法的優(yōu)點提出了任意拉格逡逑４逡逑

５物質(zhì)點法逡逑物質(zhì)點法也是一種無網(wǎng)格法，是由８也辦等［５９＇６３］最先提出的。物質(zhì)點法的逡逑基本原理是將連續(xù)體離散成物質(zhì)點，物質(zhì)點攜帶物質(zhì)的所有信息，如圖１－３所示，逡逑通過物質(zhì)點的運動描述物體的變形。它采用拉格朗日法和歐拉法雙重描述，物質(zhì)逡逑點采用拉格朗日法描述，背景網(wǎng)格采用歐拉法描述。背景網(wǎng)格用于計算控制方程，逡逑確定參數(shù)增量，通過背景網(wǎng)格結(jié)點和物質(zhì)點的相互映射實現(xiàn)物質(zhì)信息的傳遞，通逡逑６逡逑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 孫玉進;宋二祥;;大位移滑坡形態(tài)的物質(zhì)點法模擬[J];巖土工程學(xué)報;2015年07期

2 張洪武;高菲;鄭勇剛;王鯤鵬;;飽和多孔介質(zhì)動力學(xué)大變形分析耦合對流粒子域插值方法[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;2012年05期

3 張明;殷躍平;吳樹仁;張永雙;;高速遠程滑坡-碎屑流運動機理研究發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];工程地質(zhì)學(xué)報;2010年06期

4 張洪武;王鯤鵬;陳震;;基于物質(zhì)點方法飽和多孔介質(zhì)動力學(xué)模擬(Ⅱ)——飽和多孔介質(zhì)與固體間動力接觸分析[J];巖土工程學(xué)報;2009年11期

5 張洪武;王鯤鵬;陳震;;基于物質(zhì)點方法飽和多孔介質(zhì)動力學(xué)模擬(Ⅰ)——耦合物質(zhì)點方法[J];巖土工程學(xué)報;2009年10期

6 張洪武;非飽和多孔介質(zhì)有限元分析的基本控制方程與變分原理[J];力學(xué)季刊;2002年01期

7 張雄,陸明萬,王建軍;任意拉格朗日-歐拉描述法研究進展[J];計算力學(xué)學(xué)報;1997年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 劉動;基于滑帶土剪切強度特性的邊坡漸進性破壞研究[D];暨南大學(xué);2014年

2 黃鵬;金屬及巖土沖擊動力學(xué)問題的物質(zhì)點法研究[D];清華大學(xué);2010年

3 甄文戰(zhàn);巖土材料變形局部化問題理論及數(shù)值分析研究[D];上海大學(xué);2010年

4 林鴻州;降雨誘發(fā)土質(zhì)邊坡失穩(wěn)的試驗與數(shù)值分析研究[D];清華大學(xué);2007年

本文編號：2733070