基于颗粒流模拟的边坡稳定性分析

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xieyuchun
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边坡问题一直是人类关注和研究的问题,每年由于滑坡等灾害都会给国家和人民造成巨大的损失,我国在边坡治理方面已经有很多成熟有效的措施,虽然这些措施可以减少灾害的发生,但是因滑坡而带来的损失还是很大的。地质灾害的频繁发生使人们更重视边坡稳定性的研究,更加注重对边坡的治理问题,这在很大程度上也促进了对边坡的研究和发展。近几年,伴随着计算机技术突飞猛进的发展和现代数值分析理论的成熟,开启了用计算机进行数值模拟的新时代,数值模拟被广泛的用来模拟分析滑坡所带来的地质灾害。本文在阅读了大量资料和文献的基础上,依据前人在边坡领域的研究成果,并结合颗粒流法对自重下和荷载作用下的边坡进行了数值模拟分析,并分析了采用抗滑桩治理边坡时,土拱效应所起的作用及其形成和发展过程。文章首先介绍了极限平衡法中几种常用来计算边坡稳定的方法,总结了几种方法中存在的假设条件与方法的应用条件及在边坡稳定应用中的优缺点。极限平衡法是最早出现的一种方法,近几年来数值方法的出现,使对边坡的研究进入了一个新的阶段,有限元法和离散元法等数值方法真实的反应了土体的应力-应变关系,这是数值方法优于极限平衡法的地方,并且不限制边坡的形状。随着计算机技术的发展,结合成熟的理论,数值模拟时代开始了,数值模拟使人们可以更直观的观察到滑坡的发生和发展等演变过程,能更准确的得出边坡破坏的应力-应变曲线,对研究边坡稳定提供了有力的依据。本文使用PFC2D模拟了土试样的双轴试验,分析了颗粒单元的摩擦系数与材料摩擦角两者之间存在的关系,并结合莫尔-库仑破坏准则,得到细观参数的改变对材料宏观特性上的影响规律,使细观参数能正确反映材料的宏观特性,并分析了在不同粘结模型下双轴试验的破坏现象,然后采用颗粒流法模拟边坡在自重下变形破坏的全过程,不需要提前假定滑裂面产生的位置以及开裂形状,而是颗粒单元在受到外力作用后自行运动,在抗剪强度较弱的地方颗粒间粘结被破坏且颗粒分开,形成滑裂面,说明颗粒流法在边坡稳定性研究方面的可行性和优越性。之后模拟了当边坡上部有荷载作用时边坡的破坏情况,分析了荷载作用面积对边坡破坏的影响。抗滑桩在治理边坡中应用的较为广泛,土拱效应一直是人们研究和关注的问题,文章利用颗粒流法模拟了抗滑桩中土拱效应产生的过程,为研究土拱效应提供了有力依据。
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