基于Flac-3D的盐源县玻璃村滑坡变形破坏机理数值模拟

2018年7月19日凌晨5点40分左右,四川省凉山州盐源县桃子乡玻璃村发生一起特大型滑坡地质灾害,为了查明其变形破坏机理,通过现场调查、室内外试验及数值模拟等方法,在查明滑坡地质背景基础上,对其发育特征进行分析,并基于Flac-3D有限元软件强度折减法计算滑坡天然及饱和工况下的稳定性系数.通过对比分析两种工况下塑性区及...     

基于统计分析和数值模拟方法的滑坡视摩擦系数影响因素及特征研究

滑坡视摩擦系数即最大垂直运动距离H和最大水平运动距离L的比值(H/L)能很好地衡量滑坡的运动能力.作者采用数理统计方法分析了藏东南区滑坡及地震型滑坡中影响因素(滑坡体积V、斜坡角度θ、滑坡最大垂直运动距离H)及试验因素(H/L值)的水平特征,进一步分析了3个影响因素对该试验因素的影响特征,并采用基于连续介质力学法的数值...     

大光包滑坡启动机制的物理模拟试验

安县大光包滑坡是汶川地震触发的规模最大的滑坡,为了研究其形成机制,本文结合野外现场调查,利用三维振动台物理模拟试验,研究了大光包滑坡在地震作用下的启动机制与破坏过程,探讨了滑坡发生与坡体结构的密切关系。研究结果表明:大光包滑坡一个楔型槽状滑落体,沿着白云岩沙化层面和坡体中垂直于层面倾坡内早期X构造裂隙构成,是层面与裂隙在地震力作用下扩展并破坏的宏观表现;振动作用下坡体首先在坡顶产生一系列的拉张裂缝,随后在坡体下部产生剪切裂缝;后缘拉裂面、东侧白云岩层面和西侧拉裂边界将坡体切割成楔形体并滑下;滑坡为一后退式滑坡,呈多次后退式破坏。     

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。     

汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

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FLUENT的二维滑坡涌浪数值模拟

本文从N-S方程出发,建立了二维滑坡涌浪控制方程,使用二维非定常分离隐式PISO算法求解方程。通过UDF(User-Defined Function)编程,采用动网格技术控制滑体的运动,结合RNGk-ε湍流模型并采用VOF方法跟踪非线性自由表面流场,基于流体计算软件FLUENT模拟滑体下滑所引起的水的速度、自由表面高度变化以及流动过程,并将数值计算结果与Monaghan和Kos的试验数据进行比较。算例表明:本模型能很好地模拟出滑体下滑过程中孤立波的产生和传播以及涡流的形成。在此基础上,本文还研究了滑体速度对水体自由表面变形的影响。     

页岩气藏数值模拟模型研究进展

以页岩油气为代表的低品位油气资源勘探与开发不断取得重大突破,已经成为中国重要的接替性资源。开展页岩气渗流机理和数值模拟模型研究有助于实现页岩气藏开发的动态变化过程,为认识页岩气渗流规律、优化数学模型、产能评价和预测奠定技术基础。围绕页岩气多尺度多流态多重介质下的运移机理,系统地阐述了页岩气数值模拟模型的研究进展,页岩气数值模拟模型可分为等效连续介质模型、离散裂缝网络模型和混合模型,总结了这3类数值模拟模型的优缺点。等效连续介质模型原理简单,追求宏观尺度的等效,忽略了储层内部真实流态,适用于裂缝发育程度低的均质页岩气藏;离散裂缝网络模型准确反映复杂裂缝网络的渗流特征,可以描述高度离散裂缝的形态规律,适用于勘探程度高且裂缝高度发育的页岩气藏;混合模拟模型结合两者的优点,能够准确反映复杂裂缝网络和流体运移规律,在满足计算精度的同时又节约了大量的计算资源,随着计算处理能力的增强,混合模拟模型是今后的发展趋势。最后分析了页岩气藏数值模拟模型中存在的问题,并指出了发展方向。     

万县滑坡群形成机制的数值模拟研究

在现场调研和室内试验基础上，建立了万县滑坡进形成机制的概念模型，并通过二维有限元和离散元数值模拟．再现了滑坡体变形破坏过程．从而揭示了万县滑坡群的形成机制．     

基于水波动力学模型对沅江黄埠村滑坡涌浪灾害的数值模拟分析

沅江黄埠村滑坡于2017年6月24日发生,产生的涌浪致使沅江对面多处房屋受损,多人受伤。同时,在滑坡两侧尚有23×10⁴ m³岩土体存在滑塌隐患,可能会造成更大灾害。本文采用水波动力学模型,通过数值模拟的方法对黄埠村滑坡已产生的涌浪灾害进行了复演,并对两侧存在隐患岩土体可能产生的涌浪灾害进行了预测。研究表明,水波动力学模型中奈信模型,适合涌浪模拟。本文在对之前滑坡涌浪复演基础上,验证了模型的合理性,然后对两侧滑坡隐患可能造成的涌浪灾害进行预测,并划分了潜在危险范围,为防灾减灾提供依据。     

降雨条件下滑坡排水沟排水数值模拟

地表排水沟是滑坡治理常见措施之一。在降雨入渗与坡面径流有限元耦合模型中,通过调整径流方程中的坡度参数,实现地表排水沟排水模型。模型具有易于理解、实现简单的优点。以地表排水模型为基础,对5种典型滑坡在设与不设排水沟情况下坡体渗流场、坡面径流场、坡体入渗量和入渗过程进行了数值模拟。结果表明,当降雨强度相对土体渗透性较小时,排水沟设置在坡体渗透性由小变大的位置,才能有效地截断上游径流,减小入渗量;而当降雨强度相对土体渗透性较大时,排水沟排水效果并不明显。     

滑坡作用下既有隧道锚索加固的物理模型试验与数值模拟研究

工程实践中有些隧道不可避免的需要穿越滑坡变形区,在后期地质演变作用及施工扰动荷载作用下原来没有明显变形的斜坡会出现较大变形,甚至发展成滑坡,对既有隧道结构产生不同程度的病害。国内外多数学者针对隧道开挖引起的滑坡体变形影响研究较多,针对滑坡体作用下既有隧道结构的受力变形及加固措施效果研究较少。为研究山体滑坡区域既有隧道锚索加固措施下的系统力学机制,首先建立地质力学模型试验,研究不同数量锚索加固后滑坡体与隧道结构的相互作用规律,并与无锚索加固措施工况进行对比,发现增加锚索加固后滑坡体沉降、隧道弯矩、滑坡体与隧道表面接触力明显减小,而不同数量加固锚索工况下上述观测值变化不大。此外,建立了相应工况的数值模型,与物理试验结果进行了对比得到较好一致性。研究成果可为山体滑坡区域隧道锚索加固方法改进提供一定的理论依据。     

千将坪滑坡动力学过程仿真模拟

滑坡体的失稳破坏是一个动态过程,动力学行为起着非常重要的作用。采用DDA方法对长江三峡库区千将坪滑坡的运动全过程进行了数值模拟研究。模拟方案充分依据该滑坡的地质、地形特征,按不同岩土体和地质结构面类型进行块体单元划分,模拟了滑坡发生、发展的渐进破坏过程以及滑坡触发后的运动情况。模拟结果表明,千将坪滑坡是以斜坡坡脚的局部破坏为其运动的开始阶段,并进一步牵引上部滑体,在地下水压力作用下最终产生整体滑动。     

基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟

射孔作为井筒与储层之间的液流通道,是水力压裂过程中的重要可控性参数。为研究水平井射孔-近井筒破裂机制,采用岩层变形-流体渗流方程描述应力状态变化,应用连续损伤破裂单元表征三维破裂位置与形态演化,并开发有限元求解程序模拟分析了射孔对水平井初始破裂压力、破裂位置及近井筒裂缝复杂性的调控作用。通过与解析模型及射孔压裂物理模型试验结果对比,验证了模型及有限元程序的有效性;水平井破裂压力数值分析结果与现场测试数据吻合较好。研究表明：射孔可调控水平井破裂压力与初始破裂位置,同时对近井筒区域裂缝扩展形态影响显著。通过优化射孔参数可以引导初始破裂向最优破裂面扩展、有效降低破裂压力,减小由于螺旋射孔空间排布引起的水平井近井筒裂缝迂曲与复杂程度,提高致密油气藏压裂改造效果。     

基于黏弹塑性本构模型的泥石流数值模拟

泥石流是一个世界范围的地质灾害问题,多年来受到广泛而深入的研究。大多数工作致力于分离地研究岩土材料破坏前的失稳机制和失稳后的快速流动扩展。尝试以一种连续方法模拟完整的泥石流过程,仅用一个本构模型描述泥石流的起始、扩展和停滞。首先讨论了重力增大和基质吸力降低诱发泥石流的力学机制,描述了泥石流过程中岩土材料力学性质的弹塑性–黏性转变现象,对泥石流进行了黏弹塑性的全程模拟,并对挡土墙的冲击效应进行了启发性研究,证明了研究中所使用的本构模型可以准确地描述岩土材料的固流转化现象,数值方法可以很好地对均质连续介质进行大位移模拟。     

复合型滑坡固液耦合过程数值模拟分析——以无山坪滑坡为例

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LPF3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。     

张家沟滑坡治理工程及数值模拟

以青川张家沟滑坡为例,结合其工程地质条件和变形破坏特征,详细分析了其变形破坏原因和稳定性,提出了相应的治理工程措施,并运用FLAC^3D软件对滑坡治理前后进行数值模拟。结果表明：滑坡的形态特征、岩土体松散的结构特征是滑坡失稳的先决条件,而降雨引起的地质环境的改变是滑坡失稳的诱发因素,桩板墙+截排水工程为主的治理措施有效地控制了滑坡的进一步变形,确保了滑坡的稳定,数值模拟结果与滑坡的实际变形和治理效果相吻合。     

地下水渗流场对库区滑坡稳定性影响的数值模拟——以白马库区羊角滩滑坡为例

针对库水位变化条件下滑坡的稳定性定量评价复杂问题,考虑降雨和库水位变化对地下水渗流场变化规律的影响机制,采用饱和-非饱和渗流的基本理论,运用渗流模拟有限元法,对重庆市武隆区羊角滩滑坡在6种不同工况下的库区滑坡的稳定性开展了模拟研究。结果表明: ①降雨工况下,降雨对地下水渗流场都有影响,滑坡中部位置受地下水位影响最大,前后部影响小,降雨条件下,滑坡稳定性随着降雨历时的增加而变小,到达一定阶段后,滑坡已经滑动,滑坡稳定性系数不再变化; ②库水位工况下,主要影响滑坡前缘,地下水位是随库水位变化而迅速变化的,随着库水位的上涨,滑坡稳定性系数呈现先减小后增大的趋势; ③地下水位的骤升对浮托作用影响有限,对压坡作用影响较大,同时降低了渗流力的影响,对滑坡稳定起到了积极作用,地下水位的骤降增大了渗流力,减弱了前缘库水位的压坡作用,滑坡失稳的可能性最大。可为库区该类滑坡的稳定性现状及发展趋势预判提供科学依据。     

A temporal model for landslide risk based on historical precipitation

Of the recognized nonsteady-state factors that influence slope stability, probably most critical in many field situations is the character of precipitation and infiltration activity. A groundwater response model used in conjunction with precipitation records can provide a historical catalog of estimated maximum groundwater levels in a particular study area. An extreme-value statistical analysis of this catalog is linked with geotechnical slope stability analyses to provide a landslide hazard model for estimating the probability of slope failure within a given time. This modeling approach can provide meaningful input to risk assessments for landslide mitigation programs and to decision analyses and cost-benefit studies important for land-use planning and resource management.This paper was presented at Emerging Concepts, MGUS 87 Conference, Redwood City, California, 13–15 April 1987.     

管道穿越滑坡下静力学与数值模拟对比分析

以管道横穿一滑坡工程实例为背景,利用ANSYS有限元分析软件建立管道横穿滑坡的力学数值模拟模型,采用FLAC3D软件对管道受力变形进行模拟研究,并采用静力学解析计算的方法,对管道变形受力状态进行分析研究,获得了管道临界破坏时管道的应变及应力和滑坡位移等特征。两种分析方法结果基本一致,结果均表明：管道横穿滑坡时,管道两端最易发生破坏。滑坡体管道正中部位变形最大,两侧变形变小,挠度变形曲线表现为正态分布;管道两端应力最大,中部正弯两侧负弯,和两端固定简支梁承受均布荷载弯矩形态一致。在静力学分析的基础上进行数值模拟分析对管道地质灾害的预测预警更准确。