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《岩土力学》2017,(4):1226-1232
采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和离散单元法(DEM),并基于达西渗透试验原理,提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题,并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题,并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程,分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明:采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好;模拟离散体滑坡涌浪问题时,较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程;不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别,算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式,因此,模拟结果与之最为接近。 相似文献
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数值模拟是研究高速远程滑坡的重要手段。本文以茂县新磨村滑坡为例,提出一种三维大规模滑坡离散元建模与数值模拟方法。基于离散元法宏微观转换公式和数值模拟测试,快速得到与滑坡体砂岩力学性质类似的离散元堆积模型。并结合滑坡数字高程数据和地层信息,建立起符合滑坡实际地层条件和岩体力学性质的三维离散元薄壳模型,模拟了新磨村滑坡启动、高速下滑和堆积的全过程。模拟结果与实际的滑坡堆积体在形态和分布上非常相似,并且模拟的滑坡速度场变化特点和时间范围与理论估算与实测地震信号较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性和方法的有效性。论文共享了数值模拟源代码,可快速构建三维滑坡数值模型,为高速远程滑坡的数值模拟研究和相应灾害范围评估提供一个可选的方法。 相似文献
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以颗粒流离散元为研究方法对勉县杨家湾十组堆积层滑坡破坏方式与运动过程进行数值模拟研究。通过PFC2D双轴模拟试验所标定的岩土体宏观模拟参数与室内试验所获取的宏观实测参数进行对比,确定堆积层滑坡所需的颗粒细观参数,然后将标定的细观参数代入堆积层滑坡模型,对滑坡破坏方式及运动过程进行模拟研究。结果表明:滑坡破坏在初始阶段蠕滑变形累积,滑坡体挤压坡脚,直至坡脚产生剪切破坏,并向上牵引发展,使得滑坡整体顺接触面破坏下滑并堆积于坡脚,表现为典型的牵引式渐进破坏,结果与实际情况基本吻合。研究认为,采用颗粒流方法对堆积层滑坡破坏与运动过程的模拟研究具有较高的适用性,对该类滑坡防治具有一定的参考意义。 相似文献
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基于离散元的高速远程滑坡运动堆积特征及 能量转化研究 ——以三溪村滑坡为例 总被引：5，自引：5，他引：0
高速远程滑坡-碎屑流运动速度、堆积特征和能量转化是研究其致灾机制的重要因素,而模型试验、野外调查并不能全面揭示其成灾机理。文章以三溪村滑坡为例,采用PFC3D离散元模拟方法,揭示滑坡运动过程中的前部、中部和后部岩土体的速度演化分布、堆积特征和能量转化关系。研究结果表明:三溪村滑坡的残余摩擦系数为0.2时,模拟结果与实际堆积特征一致。前部、中部、后部岩土体到峰值速度存在差异,前部岩土体速度分布表现为显著的单峰型特征,而后部岩土体速度分布为双峰型特征。滑坡不同部位的岩土体堆积呈现层序分布;滑坡重力势能的转化中,摩擦耗能占总能量的52%,动能峰值时刻仅有15%的重力势能转化为动能。研究结果可为高速远程滑坡的运动机理分析和防灾减灾治理工程提供重要参考。 相似文献
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基于耦合方法的挡土墙地震响应的数值模拟 总被引：5，自引：0，他引：5
为有效描述动力灾变过程中挡土墙附近土体的细观特性,并大量减小离散元模拟的颗粒数目,节省计算时间,利用离散-连续耦合动力数值模型,模拟了已有离心机试验中重力式挡土墙的地震响应。靠近挡土墙的土体区域用相互作用的离散颗粒模拟,远离挡土墙的土体采用连续模型模拟,编写结构的动力有限元程序并嵌入离散元软件中来模拟挡土墙。通过离散元软件PFC2D和有限差分软件FLAC2D的交互运算实现耦合过程。耦合方法的核心在于:①在离散-连续土体的交界面保证连续性;②模拟中离散区域土体的宏观性质与连续土体模型一致。为进一步满足以上两点,分别提出了新的边界耦合力提取方法和自振柱模拟方法。研究表明耦合方法可以从细观尺度上有效描述土体与结构的相互作用和关心区域的土体特性。 相似文献
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滑体的运动速度、堆积形态、冲击力等因素决定了碎屑流的致灾程度。滑源区不同岩性特征和结构分布的差异导致了滑体粒序分布和颗粒粒径的差异。在运动过程中产生的碰撞、摩擦、跳跃,影响着滑坡碎屑流的致灾程度。在物理模型试验的基础上,运用三维离散元软件PFC3D,探究滑源区粒序分布及颗粒粒径对滑体运动速度、堆积形态、冲击力的影响。研究结果表明:碎屑流中各粒径颗粒的平均速度受颗粒粒径及滑源区初始粒序的共同影响,且初始粒序对各颗粒平均速度影响更大;在堆积形态方面,粒径大小对厚度方向上的粒序排布影响较大,而滑源区粒序分布对单种颗粒的堆积形态影响较大;在颗粒分选作用下,颗粒粒径成为控制峰值冲击力的主要因素,而滑源区粒序分布则通过决定滑体堆积形态控制了准静态堆积阶段碎屑流的冲击力。 相似文献
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基于离散单元法的滑坡堆积及其涌浪计算 总被引：1，自引：0，他引：1
采用离散单元法对水库库岸边坡的动态破坏过程进行了研究,给出了计算流程并开发了相应的软件。介绍了离散单元法的基本原理,分析了常用的计算滑坡速度方法的不足及用离散单元法的优势,基于离散单元法提供的块体运动信息并结合波动方程模拟了滑坡体滑入水库时所激起的涌浪。此外,采用离散单元法研究了滑坡的堆积形状。通过算例验证了方法的可行性与程序的正确性。算例结果表明：块体在坡面上运动时,用离散单元法计算得到的块体的速度和能量法与潘家铮法一致,且更方便、更高效;由于涌浪的叠加,多个块体所激起的涌浪高度比单个块体的涌浪高一些,这表明在进行涌浪分析时,考虑多块体的涌浪叠加效应是至关重要的,滑坡的堆积形状为滑坡的灾害评估提供了依据。通过自行开发的离散单元法软件模拟了块体的滑动和涌浪的产生及其传播过程,其模拟结果为研究边坡的滑动破坏的启动、破坏过程及滑坡的风险评价提供了新的思路。 相似文献
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我国海洋能源开发已步入深远海域,面临的深海地质灾害问题也日益凸显,尤以海底滑坡最为典型,一旦发生将会形成链式灾害,严重危害水下基础设施的安全。本文聚焦“滑坡形成→运动演化→冲击设施”这一链式灾害过程,首先梳理了不同触发因素作用下海底滑坡的形成机制,进而论述了海底滑坡的运动过程及不同演化阶段的判识标准,分析了滑坡运动演化过程中环境水与土体的耦合作用机理,提出了适用于中小尺度运动演化过程的流固耦合分析方法,并探讨了当前海底滑坡运动演化过程试验模拟技术和原位监测手段的适用范畴与技术瓶颈;进一步地,针对滑坡冲击海底管缆等水下基础设施问题,评析了海底滑坡冲击效应的量化评估方法和研究手段。最后,指出当前海底滑坡链式灾害研究存在的不足和未来的发展方向,以期为海底滑坡地质灾害链的模拟、预测和预警等提供重要参考。 相似文献
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本文在对鸡尾山高速远程滑坡的详细地质调查的基础上,分析了该滑坡地质环境背景特征、滑源区特征和堆积区特征。将滑坡后破坏运动主要分为失稳下滑、碰撞解体和滑行堆积3个阶段的运动特征,建立鸡尾山高速远程滑坡运动特征的地质模型。结合DAN-3D数值软件,选用FVF组合模型对该滑坡的运动特征进行了模拟,最后得到了滑坡堆积、铲刮区域和滑动距离等方面的特征。通过对比分析,鸡尾山滑坡模拟后的运动特征与所建立的地质模型基本符合,模拟的堆积形态与实际情况基本一致。由此可以说明,该分析方法可以为高速远程滑坡成灾范围进行早期评估及预测,为该类滑坡的研究提供一定的帮助。 相似文献
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本文针对饱和多孔介质中渗流特点,在分析渗流连续介质力学模型的基础上,采用描述多孔介质中固相颗粒和液相流体耦合的细观力学模型,其中固相颗粒采用离散元的颗粒流理论(PFC)模拟,液相流体通过求解平均Navier-Stokes方程的计算流体动力学(CFD)技术计算,并利用建议的模型对二维渗流问题进行了模拟验证。数值模拟结果表明,采用PFC-CFD耦合细观力学模型能够描述从低雷诺流到高雷诺流范围很大的流体运动,可以用于多孔介质中的渗流问题分析。 相似文献
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大型滑坡灾害往往带来巨大的人员伤亡和财产损失,开展滑坡灾害全过程数值模拟研究对滑坡风险定量评估具有重要意义。本文采用更新拉格朗日控制方程的物质点法,基于Drucker-Prager屈服准则下的理想弹塑性模型,考虑孔隙水压力效应推导等效内摩擦角,建立深圳“12 ·20”滑坡二维物质点法数值模型,再现了该滑坡失稳、运动和冲击过程。采用K均值聚类算法结合物质点的相对位移识别滑裂面,对滑坡运动过程中特征物质点速度变化进行分析,并参考泥石流冲击压力计算方法对滑坡运动物质的冲击压力和冲击荷载进行了初步计算。结果表明,物质点法模拟分析获得的深圳滑坡滑裂面形态、失稳和运动特征、冲击强度和堆积形态等与实际观察结果吻合较好,是再现滑坡稳定—失稳—运动—冲击—停积全生命周期的可靠数值模拟方法。 相似文献
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滑坡运动堆积特征及其冲击强度研究对滑坡风险定量评估具有重要意义。通过对四川乐山市马边滑坡基本特征调查,利用支持向量机模型(SVM)和颗粒流方法(PFC),对滑坡岩土体细观强度参数进行反演和标定,结合UAV数据生成滑坡区高精度DEM,在此基础上,重构马边滑坡三维颗粒流数值模型,模拟并研究滑坡的运动堆积和冲击过程。结果表明:马边滑坡运动时长32 s,主滑时间16 s,运动开始5 s后速度达到峰值,为10.2 m/s;滑坡中后部岩土体运动迹线为直线型,中前部运动迹线成扩散状态,最终呈扇形堆积;滑坡在坡脚处的冲击力可达1.5×109 N,并随着坡脚距的增大,冲击力呈现出指数衰减特征。研究结果与滑坡运动过程实际视频解译结果及堆积现状基本一致,相关研究方法为滑坡定量风险评估提供借鉴。 相似文献
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固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素,会导致成灾范围和规模放大,是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF3D,Landslides post failure 3D),以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例,探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程,揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示：水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种,两种力学作用的增程效应明显,往往使得碎屑流转化为泥石流,导致远程成灾;基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型,考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响,基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程;数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s,最大堆积厚度为21.5 m,堆积面积为0.12 km2,最远运动距离为1300 m,模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为,在高位远程滑坡风险调查与预测过程中,需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用,基于LPF... 相似文献
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滑坡运动过程模拟避免了试验尺度与监测手段的限制,可以详细观察破坏过程,是定量评估滑坡灾变风险的重要研究手段。开展滑坡运动过程模拟的首要工作是建立滑坡模型。颗粒流程序（PFC) 虽然是滑坡运动过程模拟应用最广泛的程序之一,但在建立滑坡模型的前处理方面较弱,使得其在滑坡运动过程模拟中的推广应用受到限制。对此,本文指出了Ball-Ball和Ball-Wall两种建模方法的适用性、优缺点及滑体滑床边界确定方法,并以2014年地震触发的红石岩滑坡为例,以Brick填充法为基础,从获取地形数据、确定滑体和滑床区域、建立滑体和滑床几何模型、生成颗粒模型4个步骤出发,提出了基于数字等高线地形图建立PFC二、三维复杂滑坡模型的前处理方法,弥补了PFC软件前处理的不足,从而为今后基于PFC的滑坡运动过程模拟提供有益的帮助。 相似文献
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为了了解青藏高原察达高速远程滑坡的运动过程与形成机理,运用遥感测绘、无人机地形测绘和现场勘查资料对滑坡进行分区,对滑坡形成机理进行研究,并利用PFC2D数值模拟对地震工况下滑坡运动过程进行模拟.将察达高速远程滑坡分为源区,流通区和堆积区;数值模拟结果得到滑坡平均运动速度为15~20 m/s,运动时间150 s,最大运动距离为2 800 m.察达滑坡为地震条件下诱发的高速远程滑坡,源区砾岩对上部堆积体后缘铲刮推移,使得上部堆积体产生整体变形,其运动过程可分为崩滑→铲刮→滑移→堆积4个阶段. 相似文献
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2018年10月、11月于金沙江川藏交界处江达县波罗乡白格村先后发生两次体积约2400×104 m3和850×104 m3的滑坡,两次滑坡平均运动距离1400 m,堵塞金沙江形成堰塞湖。首次形成的堵江滑坡坝天然溃决,未造成人员伤亡;然而第2次滑坡堵塞第1次滑坡自然溃口,导致堰塞湖库容迅速增加到3.85×108 m3。政府部门立即开展抢险工作,通过人工修建溢洪道的方法成功泄洪,极大程度上降低洪水风险。本文利用PFC3D颗粒流软件模拟两次滑坡的发生、运动、堆积过程,并在反演结果的基础上对白格滑坡滑源区残留潜在不稳定部分未来失稳的运动路径和堆积范围进行预测,对其危险性进行科学评价。结果表明:（1）滑坡在重力作用下失稳,除了受初始势能的影响外,微地貌也是决定滑坡运动路径与距离的关键因素之一;（2）PFC3D颗粒流数值模拟方法适用于类似于白格滑坡这类碎屑流类型的滑坡,两次滑坡反演得到的堆积厚度、堆积范围均与真实结果相近;（3）利用两次事件反演所得参数,可以预测若滑源区潜在不稳定部分同时失稳,则形成约70 m高的滑坡坝,可能再次堵塞金沙江。 相似文献
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所用模拟模型基于流体力学和土力学理论,通过差分法将反映滑体运动的微分方程转换为代数方程并编制计算程序.通过对滑坡滑动路径上不同部位土体进行大型环剪实验,测定计算参数.分析三维模拟表明,三元洞滑坡具有滑动距离远、影响范围大和堆积厚度大的特点,危险巨大.结果显示所用模型对于模拟黄土滑坡运动具有很好的适用性. 相似文献
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崩塌危岩是高陡岩质边坡浅表层破坏常见的动力地质灾害方式之一,它突发性强,随机性大,速度快,发生猛烈,一直是边坡工程勘察中的重点。对西藏樟木后山高陡边坡危岩进行了现场勘察,分析研究了危岩崩塌体的分布范围。利用PFC3D模拟了在降雨件下危岩崩塌危岩的运动轨迹、速度及不同摩擦系数崩塌体的堆积特征。计算分析结果表明,崩塌危岩运动路径受地形地貌影响较大,与地面发生碰撞,多次改变行进方向,简化二维计算可能得出错误结论;坡面摩擦系数影响崩塌危岩的堆积形态,摩擦系数越小,堆积体位置越远,运动状态易表现流态性状。坡面摩擦系数取1.2时,模拟结果与实际较为吻合;崩塌危岩主要危害的范围为陡崖下部武警二营至樟木沟口一带。利用PFC3D模拟危岩崩塌运动可以初步确定崩塌体三维堆积形态及影响范围,为防灾减灾工程设计提供有益参考。 相似文献