藏东南宗坝危岩体崩塌离散元数值分析

崩塌是边坡常见的地质灾害现象,突发性强且危害性大,是工程边坡防灾减灾的重点。文章对藏东南宗坝地区某边坡开展了现场勘查,分析危岩体的发育特征,利用PFC3D软件模拟了危岩体发生失稳后的运动过程。计算结果表明：危岩体失稳后运动特征受地形条件影响较大,落石在坡表滚动、碰撞和跳跃,沿斜坡表面呈散射状向下运动。数值模拟结果初步确定危岩体失稳后的堆积特征,主要威胁范围为坡脚前缘居民区、318公路及帕隆藏布,为防灾减灾工程设计提供参考。     

黄土崩塌破坏模式及离散元数值模拟分析

黄土崩塌是黄土高原区最常见、致灾最为严重的一种地质灾害.首先,从黄土地形地貌、黄土类型及结构、黄土垂直节理、坡脚侵蚀、降雨、人类工程活动等方面分析了黄土崩塌的成因,认为黄土中的垂直节理和坡脚侵蚀作用是造成黄土崩塌的主要原因;其次,通过野外黄土崩塌变形破坏特征及地质现象分析,将黄土崩塌归纳为拉裂-坠落式、拉裂-倾倒式、拉...     

土压平衡盾构改性砂土流动特性的离散元模拟

对运用离散单元法模拟改性土流动特性的可行性进行了分析,提出了改性土离散元接触本构模型,在此基础上对改性土坍落度实验进行了离散元数值模拟。在实验室内对标准坍落度实验进行了改进,坍落度实验数值模拟得到的改性土坍落后的形态再现了实验室结果,并且标记点的垂直位移与实验室实测结果一致性较好。     

川西高原红军山危岩崩塌变形特征及稳定性分析

川西高原受青藏高原新生代持续隆升和河流快速下切作用,形成大量的坡度高陡、坡型复杂,岩体破碎的岸坡和陡崖。红军山危岩崩塌具有规模大、分布范围广、破坏模式多样、力学机制复杂等特点。本文在工程地质测绘的基础上,调查了危岩的分布范围、规模大小、破坏特征,研究了危岩的破坏模式,对不同模式进行了稳定性计算。主要认识有：①岩体结构具有明显的区域性和分带性。②危岩产生及破坏模式表现为块体失稳、阶梯状滑动。③根据危岩体发育特征,变形破坏力学机制,考虑天然、暴雨、地震3种工况进行稳定性计算。最大的危岩体,隆聋危岩在天然工况下处于稳定状态,暴雨和地震工况下稳定系数明显降低,处于基本稳定-不稳定状态。其他危岩体在各种工况下稳定性较差,处于基本稳定-不稳定状态。④对危岩体进行清除、加固、监测,雨季巡排查等预防措施。     

房山贾峪口土洞崩塌危岩带特征及稳定性分析

贾峪口土洞崩塌灾害隐患点位于房山区佛子庄乡贾峪口村北侧,坡顶处存在两条近东西走向的危岩带,坡顶及坡面处植被发育较好,坡顶处未发现明显后缘裂缝,整体稳定性较好,但危岩带内大面积基岩裸露,受雨水冲刷及差异风化等作用影响,表面较为破碎,呈块状、碎裂状,岩腔、裂隙发育。通过勘查掌握了该危岩带及危岩体的基本特征,分析了其主要破坏方式及危岩的运动特征,并对其稳定性进行了定性分析与定量计算。结果表明,危岩带及危岩体在暴雨、地震等工况条件下处于不稳定状态,具有发生崩塌灾害的隐患。针对危岩带的特点,提出危岩清削+主动防护网+被动防护网的治理措施,较为有效地解除了该区域的安全隐患。     

老鹰岩危岩崩塌稳定性分析及防治措施研究

危岩崩塌是贵州省煤矿开采引发的主要地质灾害类型之一,为了正确地分析该类危岩崩塌的稳定性、科学合理地制定防护措施,以保证在保障人民生命财产安全的基础上减轻地质灾害治理成本,以某煤矿内老鹰岩危岩体为例,在分析其稳定性的基础上,采用RocFall数值模拟分析滚石的影响程度及范围,提出了“整体稳定、局部崩落”的总体结论并制定了“被动网+落石槽+监测”的被动防护措施,治理效果良好,可为类似项目提供参考。     

层状块体结构岩坡崩塌过程的数值模拟

本文在某实际工程地质分析的基础上,采用数值模拟方法研究了反倾层状块体结构岩体中开挖边坡的崩塌过程.通过统计分析得到岩体结构的统计性质参数及岩层厚度和节理间距分布的密度函数.采用随机参数模拟生成边坡岩体的结构,随机生成边坡开挖线切割岩体,根据岩块间的相互关系追踪每个岩块的稳定性,统计岩体崩塌的最大深度,得到破坏深度分布的概率分布曲线.模拟结果为实际开挖过程所证实.     

大型复杂堆积边坡稳定性的离散元分析

与一般高边坡相比,堆积边坡在物质组成、边界条件、力学特性上具有明显差异,其变形与破坏表现出明显的非连续介质特性,传统的边坡稳定分析方法难以反映其失稳方式与破坏过程,而离散元法在分析非连续介质的变形和破坏方面具有较好优越性。以某一大型复杂堆积边坡为依托,首先模拟边坡土体室内三轴试验过程,通过与试验结果对比确定边坡土体的细观力学参数,进而通过建立堆积边坡离散元模型研究其失稳机制,预测其失稳方式和变形过程。结果表明:未开挖前该边坡处于稳定状态,一期开挖完成后边坡上部存在2个潜在滑动体,且表现为沿下伏基岩面的深层滑动; 二期开挖完成后,下部存在一较明显滑动体,其失稳会进一步加剧上部两潜在滑动体的变形破坏; 整个堆积边坡的失稳表现为沿基岩的自下而上牵引式渐进破坏。     

基于离散元的边坡稳定性及治理措施分析

为分析矿山边坡的稳定性,通过选择最不利边坡剖面,选取合理的岩土力学参数,采用离散元软件建模分析,模拟边坡自重作用下的滑移破坏过程,基于强度折减法计算安全系数。主要得出以下结论：(1)滑坡体的最大速度约为1.442 mm/s;最大剪切位移约为0.54 m;整体位移最大值约为0.147 m;(2)边坡的安全系数仅为0.43,风化土体为不稳定的滑动体,结果表明,边坡处于不稳定状态;(3)可采用4种常用的治理措施：削坡、减重反压、设置抗滑挡墙或抗滑桩对该边坡进行加固,针对该工程边坡,建议采用削坡和抗滑桩加固的方式进行治理。结论可为类似地形地貌条件下的边坡工程稳定性分析提供参考。     

平面旋转坡体形成的离散元仿真模拟研究

本文采用离散单元法对平面旋转坡体的形成进行模拟 ,应用二维代替三维计算。研究了平面旋转坡体的变形特点与位移的特殊性 ,其分析结果与实测的实际观测较为吻合。本研究不仅说明平面旋转坡体的客观存在 ,而且也为这类变形斜坡的稳定性分析提出了新的要求     

基于离散元法的节理岩体边坡稳定性分析

节理岩体边坡的稳定性在很大程度上取决于节理的强度及其分布形式。由于节理岩体边坡的失稳破坏具有大变形和非连续的特点,因此,离散单元法成为研究节理岩体边坡破坏机制的最有效方法之一。通过采用离散元软件PFC2D进行数值模拟,对完整岩石及节理的力学性能进行研究,并建立含密集节理的岩体边坡模型,讨论了节理连通率对边坡破坏形式的影响。结果表明,节理岩体边坡的失稳破坏是一个渐进的过程;在多组节理密集分布的岩体边坡中,连通率越大,其稳定性越差;随着连通率的减小,边坡的破坏形式由大范围的滑坡转变为局部崩塌的形式     

柱状危岩体崩塌产生涌浪的物理试验与数值模拟分析

柱状危岩体是三峡库区常见的一种典型地质灾害隐患,其崩塌产生涌浪给库区航运、旅游、生产生活以及人员财产造成巨大威胁和损害。文章基于野外柱状危岩体的成生及运动边界条件,开展了颗粒柱体崩塌产生涌浪的物理试验和数值模拟。结果表明:该数值模型能较好地模拟崩塌涌浪的形成过程、矢量信息以及与水体的相互作用;速度曲线定量地展示了能量的传递;物理试验和数值模拟涌浪高度偏差约3~4 cm;数值模拟堆积区堆积角比物理试验大5%;比前缘运动距离小7%。为柱状危岩体崩塌产生涌浪灾害的预测和预警提供了重要依据。      

三峡库区龙门寨危岩体崩塌产生涌浪研究

长江两岸高耸的危岩体对航道、沿岸居民带来巨大安全隐患。大宁河属于长江一级支流,龙门寨危岩体位于大宁河上,距离巫山县城仅1 km。利用FLOW-3D软件,模拟了145 m、175 m两种水位工况下龙门寨危岩体崩塌产生涌浪过程和涌浪传播过程。模拟结果表明,涌浪在145 m水位工况下最大浪高约为17.9 m,175 m水位工况下最大浪高约为11.6 m;在巫山县的五个码头处,两种水位工况最大涌浪爬高分别约为10.9 m、3.8 m;根据涌浪高度,对大宁河进行危险分区,145 m水位工况下极高危险区长度约4.4 km,很高危险区长度约1.9 km;175 m水位工况下极高危险区长度约3.0 km,很高危险区长度约1.0 km。研究结果有助于防控龙门寨危岩体潜在涌浪灾害危害,保障大宁河航道和巫山县码头安全,同时也为三峡库区滑坡涌浪灾害提供了预警依据。     

3D polycrystalline discrete element method (3PDEM) for simulation of crack initiation and propagation in granular rock

A three-dimensional Voronoi tessellation model based on the distinct element method (DEM) is proposed to model the representative part of the microstructures of granular brittle rocks. Regularization is employed to decrease the frequency of polyhedrons with large edge ratio and contributes to a higher efficiency for element meshing. Sensitivity analyses are performed for a series of micro contact parameters in accordance with the macro responses observed in laboratory experiments (e.g. the uniaxial compression test, the Brazilian disc test and the triaxial compression test). Verifications by simulating the spalling test and plate impact test indicate that the 3D polycrystalline discrete element method (3PDEM) can be employed for efficiently simulating nonlinear mechanical behaviors, large deformation, strain softening and rock dynamics.     

强震作用下山体崩塌破坏有限元分析

基于汶川大地震下,山体边坡发生大规模塌滑等地质灾害的现状,为了深入研究山体在强震动力作用下进入非线性状态并开裂破坏的力学机理,通过理论研究从拉张破裂的角度对山体崩塌机制进行分析,并给出拉张判据。用有限元开发程序对山体边坡在强震动力作用下拉张破坏进行数值模拟,并与振动平台相似材料实验下的监测结果对比分析。表明,强震荷载激励下,岩石第一主（拉）应力极易达到其抗拉强度,则岩体优先发生拉张破裂。在强震动力作用过程中,拉张破裂不断积累,即在松动区的松散程度和松散范围不断增大,形成山体塌滑趋势。揭示了山体边坡从连续介质状态开始崩塌破裂的发生机制,为后续进行复杂的山体破坏力学研究提供依据。     

水流冲刷过程中的边坡临界滑动场及河岸崩塌问题研究

针对河岸崩塌问题分析和研究,在考虑江河水位升降引起坡外水压力变化及坡内非稳定渗流基础上,同时考虑水流冲刷引起的河床冲深及河岸后退,提出了水流冲刷过程中的边坡临界滑动场和适用于天然江河崩岸的数值模拟,并对水流冲刷过程中的崩岸问题进行了分析。通过对两类不同土质岸坡的崩岸数值模拟,分析了水流冲刷引起的河床冲深及河岸后退过程中坡体的稳定性变化,探讨了不同土质岸坡的崩岸类型及崩塌模式。结果表明,坡度较陡的黏性岸坡崩塌时趋近于平面破坏且通过坡脚;坡度较缓的粉土岸坡崩塌时沿曲面破坏,且在水位骤降过程中易发生局部崩塌。     

坚硬顶板运动特征的数值模拟及非线性动力学分析

分别从三维离散单元法及非线性动力学方法两个角度研究了坚硬顶板的运动规律,得到了较一致的结论。坚硬顶板的初次垮落具有冲击性,应力水平较高,该阶段的LE1为负值,系统处于有序的定常态;所研究条件下实施防冲措施的最佳时机在第2阶段开采活动结束之前,可促使坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化;∑(+LEi)表明第4阶段的混沌程度最高,对应应力水平适中的周期性运动阶段。研究表明,除了初次冲击性垮落阶段,坚硬顶板运动系统在其它阶段均处于孕育着变化的混沌态。     

大冶铁矿露天转地下开采的离散元数值模拟研究

离散单元方法特别适合于节理比较发育的岩体。对于模拟和分析矿山中因采矿引起的围岩松动和冒落等力学行为是比较有效的。用离散单元法研究了大冶铁矿狮子山采区露天转地下开采，采用充填法、崩落法采掘对露天边坡和围岩的影响及围岩变形规律，并得出了相应的结论，为设计和方案的选用提供了一些有益的根据。     

碎石土隧道自稳性的三维离散元分析

随着国家对基础设施建设投资力度的不断加大,一些需要穿越碎石土体的隧道不断涌现。针对铁路、公路建设中遇到的碎石土隧道的自稳问题,利用改进后的三维离散元模型及编制的计算软件,对碎石土隧道的自稳性进行了模拟分析,探讨了粒径与隧道自稳性之间的关系,研究了粒径分别为0.1,0.2,0.35,0.5,1,2 m等碎石土隧道能够自稳时的最大跨度,并模拟分析了碎石土隧道塌落量与跨度之间的关系。使用的方法和得出的结论对类似工程有一定的参考意义。     

基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨

土体在非常小应变（小于10?6）时表现为线弹性。以往大量试验研究表明,土体的弹性特性主要受到土体有效围压、孔隙比、颗粒级配和试样制备方法等影响。通过离散元方法模拟Duffy和Mindlin中的物理试验,建立球形颗粒规则排列的三维模型,继而进行小变形条件下的数值加载试验来确定弹性特性,并从细观层面揭示决定土体弹性特性的内在因素。模拟结果表明：粒状土的弹性模量取决于土体的颗粒接触配位数、法向接触力的大小和分布,跟宏观土体孔隙比、有效围压作用相对应。弹性模量应力指数n高于Hertz-Mindlin接触法则对应的1/3,主要是由于应力增加过程中配位数的增加和接触力趋于更均匀导致。同时,泊松比也随着配位数的增加而减小,并非保持不变,跟试验结果趋势一致。