基于条分法的滑坡运动过程数值模拟研究

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滑坡是一种常见的地质灾害,常常会掩埋村庄、摧毁厂矿、破坏铁路和公路交通、堵塞江河,损坏农田和森林等,从而给人们的生命财产和国家的经济建设造成严重损失。为了有效减小滑坡灾害对人类的影响,必须对滑坡进行深入的研究。对滑坡破坏后运动过程的模拟分析,可以深入的了解滑坡运动特征及致灾范围等,从而为防治和规避滑坡灾害提供科学的参考依据。本文首先从二维连续流体的质量方程和动量方程出发,应用深度平均理论推导得到了二维滑坡运动模型方程的统一形式,再推导出模拟滑坡运动的动力条分块体模型。相较传统静水侧压力理论在模型中考虑了不同运动状态下主动和被动侧压力作用,从而更符合岩土类材料运动的实际情况。应用此模型对典型算例进行计算,所得数值解结果与解析解吻合良好,从而验证了模型方程和数值方法的有效性和正确性。其次,对滑坡运动过程的影响因素,包括床面摩擦角、黏聚力等,以及运动过程中能量的变化进行了分析与讨论。应用此模型方程对三个国外滑坡工程实例和国内具有典型侵蚀作用的云南镇雄赵家沟滑坡实例进行了数值模拟反演计算。通过数值计算得到了破坏后的运动过程,将计算结果与实际情况作对比,结果表明计算结果均与实际情况基本吻合。并对其中一个工程实例的能量变化过程进行了计算与分析。最后,以一个矿山开采的实际工程为背景,应用本文所使用的模型方程对其失稳后的一些运动特征进行预测模拟。结果表明滑坡失稳破坏后的运动速度很快,基本在14s便完成了主要的破坏变形,且致灾范围达170m,为矿山开采工程的防治灾害工作提供参考依据。
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