地震降雨型滑坡形成机理与动态模型研究

论文摘要

在一定的地质条件下,由于降雨和地震作用诱发的滑坡涉及领域有公路、铁路、水利工程等设施的建设。边坡体属于非连续介质,其宏观力学性质、应力状态、位移的规律、细观颗粒接触关系、接触数、滑动比等随位置和条件的不同而不同。用基于离散元理论的颗粒流程序对边坡进行数值模拟,其特点是无需假定材料的本构关系、滑裂面,加上非连续介质无需求位移连续方程和变形协调方程,而是直接定义颗粒之间的接触关系,依据边坡内部材料自身求得稳定状态的自然调整过程,通过可视化对边坡滑坡过程进行动态模拟,从宏细观上揭示边坡滑坡的形成机理。本文的研究基于福建山区公路边坡滑坡情况,首先利用离散元数值方法双轴试验进行了数值模拟,建立边坡的细观力学模型。接着建立饱和土的流固耦合细观力学模型模拟降雨诱发滑坡的过程,通过对边坡的位移场、应力场、速度场以及细观颗粒接触数、孔隙率、滑动比等分析,从宏细观揭示降雨诱发滑坡的形成机理,并对雨强,坡度对降雨型滑坡的影响进行简要的分析。然后运用典型地震波,建立波在连续介质与离散介质中的传播等效关系,模拟地震作用下边坡离散介质的动力边界条件,分析了地震过程中边坡内部颗粒的位移、速度、应力的分布情况,研究地震过程中边坡细观组构变化如孔隙率、接触数、滑动比等。通过对比在地震不同时刻边坡细观组构变化规律,探求地震诱发滑坡的形成机理,并分析不同因素对地震滑坡的影响。最后引出地震降雨滑坡的时空关系,选用先地震后降雨工况对地震降雨型滑坡进行研究,采用合理的模型,通过位移场速度场以及细观参数与降雨工况、地震工况进行对比分析,探讨地震降雨作用下滑坡机理。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展动态
• 1.2.1 降雨滑坡国内外发展概况
• 1.2.2 地震滑坡国内外发展概况
• 1.2.3 地震降雨滑坡国内外发展概况
• 1.3 本文主要研究内容、篇章结构及创新点
• 1.3.1 本文主要研究内容和方法
• 1.3.2 篇章结构
• 第二章 边坡稳定性分析
• 2.1 边坡稳定性分析理论及计算方法
• 2.2 降雨入渗滑坡稳定性分析
• 2.2.1 渗流对滑坡稳定影响机理
• 2.2.2 渗流基本定律
• 2.2.3 渗流基本微分方程
• 2.3 地震作用下滑坡稳定性分析
• 2.3.1 地震对滑坡稳定影响机理
• 2.3.2 地震动力对边坡的作用
• 2.4 地震和降雨入渗作用下滑坡稳定性分析
• 2.5 小结
• 第三章 颗粒流数值模拟理论与流固耦合模型
• 3.1 颗粒流数值模拟理论
• 3.1.1 理论背景
• 3.1.2 基本假设
• 3.1.3 基本步骤
• 3.1.4 计算过程
• 3.1.5 接触本构模型
• 3.1.6 阻尼模型
• 3.1.7 参数
• 3.2 颗粒流流固耦合原理
• 3.2.1 固相运动方程
• 3.2.2 液相连续方程与N-S方程
• 3.2.3 作用力方程
• 3.2.4 压力梯度方程
• 第四章 降雨诱发滑坡的离散元数值模拟
• 4.1 前言
• 4.2 流固耦合模型建立
• 4.2.1 模型参数确定
• 4.2.2 模型降雨的模拟
• 4.2.3 数值模拟步骤
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 位移场分析
• 4.3.2 速度场分析
• 4.3.3 应力场分析
• 4.3.4 孔隙率分析
• 4.3.5 接触数分析
• 4.3.6 滑动比分析
• 4.4 影响因素的分析
• 4.4.1 降雨强度
• 4.4.2 坡度
• 4.5 小结
• 第五章 地震诱发滑坡的离散元数值模拟
• 5.1 前言
• 5.2 地震模拟
• 5.2.1 边界条件
• 5.2.2 地震荷载的输入
• 5.3 地震结果分析
• 5.3.1 位移场分析
• 5.3.2 应力场分析
• 5.3.3 孔隙率分析
• 5.3.4 接触数分析
• 5.3.5 滑动比分析
• 5.4 影响因素分析
• 5.4.1 粘结刚度
• 5.4.2 坡度
• 5.5 小结
• 第六章 地震降雨诱发滑坡的离散元数值模拟
• 6.1 前言
• 6.2 地震后降雨模型选择
• 6.3 地震后降雨模拟结果对比分析
• 6.3.1 位移场对比分析
• 6.3.2 速度场对比分析
• 6.3.3 应力场对比分析
• 6.3.4 孔隙率对比分析
• 6.3.5 接触数对比分析
• 6.3.6 滑动比对比分析
• 6.4 小结
• 结论与展望
• 主要结论
• 进一步研究建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文