碎石堆小行星自旋演化过程的离散元数值模拟

近年的探测研究表明,由引力和范德华粘附力聚合成碎石堆结构可能是小行星的一种重要形成方式。为探究这类小行星的演化机制,文章基于离散元软件MatDEM进行二次开发,实现了单元的万有引力计算。建立直径为1.2 km“碎石堆”小行星数值模型,通过数值模拟分析了不同粘附强度和体积密度下,球形聚集体的旋转重塑和破坏过程。结果表明：球形聚集体受到其角速度初始增量的影响,以启动聚集体的重塑过程,导致其发生变形或者破坏;粘附强度越小,模型越容易被破坏,破坏前小行星会通过向扁圆状椭球体变形来保持自身构型的稳定性;对于粘附强度一定的小行星模型,体积密度的增大会有效增加其结构的稳定性,可以延后小行星破坏行为发生的时间,且颗粒脱落的数量随着密度的增大而减少;采用离散元分析可以较好地模拟小行星自旋演化过程。进一步与真实小行星数据相结合,有利于深入、全面地探索小行星自旋演化破坏机理。     

三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究——以茂县新磨村滑坡为例

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。     

滑坡滑带摩擦热离散元数值模拟研究

高速远程滑坡具有较强的灾害性,已逐渐成为国内外地质灾害领域研究的热点。大型滑坡滑动过程中滑带剧烈摩擦和生热,使得局部温度升高,改变岩土体的抗剪强度等性质、以及产生气垫效应等,可能促进高速远程滑坡运动。为了定量地研究滑坡滑带中热量的生成和温度场分布规律,本研究改进自主开发的MatDEM离散元软件,建立了约23万单元的二维边坡模型,对滑坡的启动、高速滑动和堆积全过程进行了数值模拟。结果表明:MatDEM较为准确地模拟了滑坡典型特征,同时展示了边坡模型的热量生成特征;模拟结果表明滑带附近形成明显的"核形"高热量带,100 m高的边坡滑带单元热量增加值最高达3×105 J,理想条件下造成比热容为550 J/kg·℃的1 kg土体升高545.5 ℃左右;高热量带依附于滑带并随着滑体最厚处向前扩展;MatDEM单元连接状态图和热量场图直观地展现了滑体和滑床中的裂隙发育过程。本研究为滑坡数值模拟研究提供了一个新手段。     

PFC滑坡模拟二、三维建模方法研究

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。     

滑坡稳定性三维数值模拟分析

滑坡作为地壳表层的三维地质体,应最大程度逼近实际边界条件评价其稳定状态,同时,由于滑坡不同部位结构构造存在差异,应用不同的稳定系数评价其不同部位的稳定状态。在滑坡稳定性分析方法研究现状对比分析的基础上,介绍一种简易实用而精确度又较高的滑坡稳定性三维数值模拟分析方法,正是为达到此目标的一种探索,分析结果与已有研究成果基本一致,证明这种分析方法具有一定的可信性和优越性。     

基于离散元法的水力压裂数值模拟

不同条件下水压裂隙的发展特性对有效开采页岩气具有重要的指导作用。针对岩体在微观上为颗粒和孔隙的结构系统,提出离散元水力压裂数值模拟方法,离散元能量转化和能量守恒计算方法,建立了相应的三维离散元模型。采用自主研发的三维离散元模拟软件Mat DEM3D,通过控制模型的竖向应变与颗粒直径,来模拟地层中的应力与压裂速率的变化。模拟结果表明:(1)水力压裂产生裂隙的数量和方向受岩石的各向异性,压力状态和变化速率所影响。(2)裂隙在压缩波传播时发展,当水压力高速增加时,诱发的裂隙数量增多,并且有效能量(断裂热)百分比也随之增加,压裂作用也变得更明显。(3)当竖向应变为零时,50%的裂隙呈垂直状态,当竖向应变为-1×10-4时,裂隙趋于沿着最大压力方向发展,竖向裂隙的百分率增大。数值模拟和能量分析为定量地研究岩石水力压裂过程提供了一个新的方法。     

某滑坡的成因机制数值模拟分析

以某滑坡为例,在充分分析其形成条件及成因机制基础上,运用二维离散元软件对其变形过程进行模拟,并对滑坡的整体稳定性作出了定性评价.分析证明该滑坡为蠕滑-拉裂型滑坡,模拟的结果也真实地反映出该滑坡在地震作用的诱发下发生切层滑动的全过程,滑坡的整体稳定性较好.     

剧冲式高速滑坡及滑坡坝演化过程分析

剧冲式滑坡是具有剧动启程、高速运行,碰撞解体及冲击成坝的高速岩质滑坡。本文以川西青衣江上游宝兴河大板桥滑坡为典型研究对象,论述了剧冲式高速岩质滑坡地质特性及滑坡坝的形成演化过程,为利用滑坡体构筑大坝提供科学依据。     

戒台寺滑坡的数值模拟分析

北京戒台寺滑坡是由采矿引发的特大型岩石滑坡,采用大型通用有限差分软件FLAC3D对滑坡进行数值分析及平面应变情况计算,通过改变材料弹性模量、泊桑比、容重、C、Φ值等指标,尽可能模拟滑体、滑带及滑床等地层岩性特征和地表的变形特征。根据过去、现在、将来可能发生的情况,设计了八种工况。按各种不同工况依次计算滑坡体内部的应力、位移和塑性区的发展变化、结构物内部受力与变形情况。验证了滑坡的变形特征及其发生发展机理,为类似工程提供了参考经验。     

某大型水电站水文站滑坡稳定性三维数值模拟分析

水文站滑坡位于某拟建的水电站坝址下游约300m的左岸。由于它距该坝址较近，若发生较大范围的变形或失稳，极有可能产生巨大的涌浪，并有可能导致大坝的损坏或完全破坏。所以，它的稳定性状况一直是各相关部门十分关心的重要问题。野外现场调研是判断滑坡体稳定性的行之有效的方法之一。在此基础上，对滑坡体模型做一较接近实际的概化，这是研究问题的关键之所在。采用三维有限元(FLAC-3D)对其进行数值模拟分析。当然，只有数值模拟手段这一种方法来判断滑坡体的稳定性还远不够的，必须与其它手段方法相结合，这样才使结论更可靠，更具有说服力。数值模拟结果表明：(1)水文站滑坡的潜在主滑动面为滑体与基岩的接触面。但其贯通性较差。因此，滑坡体的整体稳定性较好，不可能发生较大范围内的变形或失稳；(2)水文站滑坡的位移方向总体表现为向河谷方向运动。滑坡体前后缘的位移量较小，中间位移量相对较大(22．8cm)。总之，在天然情况下，水文站滑坡的整体稳定性较好，不可能发生较大范围的变形或破坏。这与野外现场调研的结果相一致。     

断裂控制的滑坡机理研究以柳家坡滑坡为例

本文针对受红椿坝-曾家坝断裂控制的陕西省安康市岚皋县柳家坡滑坡,在现场调查分析的基础上,采用Midas/GTS软件对其形成机理进行了三维数值模拟研究。模拟结果表明,断裂对该滑坡的发生起着控制性的作用,岩土体的性质决定了该滑坡的类型,而水和人类工程活动触发了该滑坡的发生。得到柳家坡滑坡的变形破坏模式为:坡体前缘向前运动,西侧断层强烈破碎带通过处侧壁剪切破坏,坡体后缘产生张拉裂缝,从而带动东侧坡体的变形破坏。由于坡体前缘为修建公路开挖的临空面,坡脚处缺失支撑,诱发了滑坡的发生。柳家坡滑坡形成机理的模拟结果可为日后相似条件下滑坡的防治提供一定的借鉴。     

多工况下汉源二蛮山滑坡机理数值模拟

利用FLAC3D软件对四川省雅安市汉源县二蛮山滑坡坡体进行建模,模拟降雨滑坡过程,并进行应力应变特征及稳定性计算分析,从而为深入研究地震及降雨诱发再次滑坡及防灾减灾提供可靠依据。研究中假设地震工况,对边坡进行详细的动力分析,得到了各监测点动力特征曲线;通过降雨工况下坡体稳定性系数分析得到了不同强度折减安全系数。研究结果表明,滑源区相对特殊的地形条件和地质构造以及不利的结构面组合是滑坡的基础;前期强降雨期间饱水加载以及大量雨水沿斜沟张裂结构面的下渗软化作用,是诱发滑坡发生的关键因素。      

卡基娃滑坡变形破坏模式数值模拟研究

特大型土质滑坡的破坏模式,通过现场调查辅以常规的钻探等手段,难以得到全面的认识。本文以四川凉山自治县木里乡卡基娃滑坡为例,应用FLAC3D 有限差分软件,结合该滑坡实际地质条件、地质模型,选择自重+暴雨及假设滑坡前缘被冲蚀条件自重+暴雨两种工况模拟研究该滑坡的稳定性及可能出现的破坏模式,揭露了该滑坡破坏中最大应力、位移。     

遥感技术在矿致滑坡成因分析中的应用

以湖南省怀化市泸阳镇中型岩质滑坡为例,基于多期次多元高分辨率数据,利用遥感技术研究滑坡的地质灾害各项背景因素,发现怀化滑坡主要是由山体破碎和矿山持续不规范开采共同造成的地质灾害.研究结果表明遥感技术可以在不接触此危险源的情况下直接进行定性和定量的滑坡成因分析.     

大光包滑坡运动特征及其过程分析

大光包滑坡是512汶川地震触发的规模最大的滑坡。滑坡的形成机制和运动学特征引起国内外学者的广泛关注。本文基于滑坡体运动-堆积特征的现场调查与分析,对滑坡的运动学特征进行了系统的阐述。为了再现滑坡的破坏和运动过程,应用物理模拟试验方法进行了对比研究。(1)通过对滑坡擦痕、标志性地物、滑坡堆积体植被、坡表块石倾向、滑坡裂缝、以及其他滑坡典型运动特征调查与分析研究,确定了滑坡的滑动方向、滑动距离、运动速度、运动特征值等滑坡运动特征参数,并系统地论述了滑坡扬尘、滑坡气浪、滑坡舌前缘岩性混杂堆积带以及滑坡碎屑流等典型运动-堆积现象的形成机理; (2)滑坡运动过程物理模拟试验表明,大光包滑坡破坏运动过程中存在前缘锁固段岩体剪断迸射、滑坡气浪、滑坡扬尘和急刹车效应等地质现象,且滑坡运动过程具有显著的阶段性; (3)大光包滑坡的运动过程可以概括为以下4个主要阶段,即:快速启动高速滑动急刹车制动拆离滑动。     

诱发池州滑坡的降水特征分析

滑坡是池州最严重的地质灾害.滑坡的形成除与地质条件有关外,降水和人类工程活动是很重要的诱发因素.通过分析大量的滑坡资料和气象(雨量)数据,研究和探讨了滑坡的发生与降水特征之间的关系,发现滑坡的发生与近3天内的降水强度、过程降水总雨量、降水的持续时间等关系十分密切.结合国内邻近省区的分析结论,建立了一个用日综合雨量预测滑坡的数学统计模型,并对池州1995、1998、1999年3次滑坡等重大突发性地质灾害过程进行了检验,效果良好.     

某高速公路古滑坡稳定性评价及治理研究

某高速公路路线通过古滑坡前缘,工程建设需要对滑坡前缘进行开挖可能导致滑坡复活.在现场调查分析的基础上,采用极限平衡理论和变形理论对滑坡在各工况条件下的稳定性状况、应力环境和变形特征进行研究,认为滑坡在前缘开挖和运行期暴雨状态下可能产生复活.在此基础上提出了双排抗滑桩的治理设计方案,并基于变形理论的稳定性评价方法对该方案的治理效果进行了研究,结果表明该方案能有效地改善坡体应力条件并控制坡体整体变形.     

降雨对滑坡的作用机理及动态模拟研究

从动态分析和数值模拟两方面讨论了滑坡过程中的地下水作用机理和地下水动力场的时空分布问题，建立了二维极限平衡状态下的临界水位高度模型和描述滑坡剖面二维不稳定流动问题的动力学模型；以临界水位高度模型对重庆土台镇滑坡稳定性分析的研究结果表明，该滑坡的防治措施宜首先考虑地表水防渗和地下排水方案，在滑坡位移监测的同时更应考虑位移、降雨量、地下水动态三者的结合；采用数值模型计算了长江三峡库区鸡扒子滑坡因降雨入渗而引起的地下水动力场的时空分布，研究结果表明，地下水水位和流速场的时空演化过程与滑坡发生的时空特点基本吻合，当降雨达到46h时，滑坡体中地下水流向与滑动面倾向基本一致，尤其是在滑体底部出现潜水流，此时的地下水流动对滑坡稳定性最为不利。     

西藏易贡滑坡物质运动全过程数值模拟研究

2000年4月9日20时05分，西藏波密县易贡乡发生的大型山体崩滑，造成极大危害。在野外调查基础上，运用离散单元法模拟该崩滑体破坏、运动的全过程，此次灾害为扎木弄沟源头的山体崩塌，振动引起沟内崩坡积物发生沙土液化而随崩塌体一起运动，形成高速碎屑流的破坏运动机制，与实际情况较为吻合。