地震作用下陡岩崩塌颗粒离散元数值模拟研究_石崇

Journal of Eng i n eeri n g Geology 工程地质学报 1004-9665/2011/19(2) 0205 08强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究*赵伟华 黄润秋 赵建军 巨能攀 李 果(成都理工大学 地质灾害防治与环境保护国家重点实验室 成都 610059)摘 要 5 12 汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。

崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。

以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程;运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。

研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。

崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。

离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。

关键词 强震 碎裂岩体 崩塌后壁 堆积体 稳定性中图分类号:P642.21 文献标识码:AROCKFALL M ECHAN IS M OF CATACLAST IC ROCK M ASS AND INFLU ENCE OF BACK WALL UPON THE STAB IL ITY OF ACCUMULATION UN DER STRONG EARTHQUAKEZ HAO W e i h ua HUANG Runqi u Z HAO Jianjun J U N engpan L I Guo(S tateK ey Laboratory of G eolog icalH azard P revention and G eolog ical Environ m ent Protection,Chengdu University of T ec hnology,Chen g du,S ichuan 610059)Abst ract TheW enchuan8 0earthquake tri g gered a huge nu m ber of r ock fall hazar ds.The hazardsm ost happened i n catac lastic r ock m ass.The respecti v e stability o f the back w all and t h e front accumu lation of the slope and the i n fl u ence of the back w a ll upon t h e stability of accum ulation are pr oble m s that are faced by people after the eart h quake.This paper takes t h e Ganhekou rockfa lli n g accum ulation as a exa m ple.It is based on analysis of t h e struc ture feature and genetic m echan is m of t h e slope.It uses the2D D iscrete E le m entM et h od UDEC to si m ulate the stability status and possi b le fa ilure process of t h e slope under nature or earthquake cond iti o n.It uses the li m it equi li b ri u m theory basedm ode ls and analyse the stability of accum ulation befo re or after l o aded by ne w substance gener ated by ne w rockfal.l The resu lts show t h at the genetic process of rockfa lling accu m u lati o n can d i v ided to stress re distri b u ti o n,the for m ation of potential rockfa llm ass and rockfa ll induced by eart h quake three phases.B efore load i n g functi o n,the accumu lation is re lative l y stable both under nature or eart h quake cond ition.Bu t a fter considering*收稿日期:2010-08-20;收到修改稿日期:2011-01-12.第一作者简介:赵伟华,地质工程专业.Em a i:l fhqw f nw xfz h ao@qq.co mt h e function of l o ad i n g,itm ay fail under earthquake.The co mb i n ed use of d iscrete ele m entm et h od and li m it equi li b ri u m m et h od are practicable w ay for so l v ing si m ilar proble m o f si m ilar slopes.K ey w ords Strong earthquake,C ataclastic r ock m ass,Rockfa ll back w al,l Rock falli n g accu m u lati o n,Stab ility1 引 言汶川8 0级地震发生于地质环境原本就脆弱的龙门山中、高山地区,加之地震持续时间长,地面振动响应剧烈,触发崩塌、滑坡总数达3~5万处[1]。

岩崩灾害离散元和有限差分耦合分析
孙新坡;廖卫东
【期刊名称】《农业灾害研究》
【年(卷),期】2015(000)006
【摘要】由于岩崩的动力特性，采用有限元等连续方法计算物体受冲击破坏的大
变形问题存在不足，故采用PFC（颗粒流程序）和有限差分对受岩崩进行模拟。

PFC在模拟结构微观破坏方面比较有优势，FLAC在模拟宏观坡体存在优势，结合两者的优点，为正确设计滚石防护结构提供指导。

【总页数】3页(P26-28)
【作者】孙新坡;廖卫东
【作者单位】西南科技大学土建学院，四川绵阳621010;西南科技大学土建学院，四川绵阳 621010
【正文语种】中文
【中图分类】P642
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4.离散元-有限差分跨尺度耦合下桩与土体稳定性细观数值分析 [J], 高涛;陈云娟;
闫甫;李艳龙;刘效智;王乐宁
5.基于离散元的"岩崩灾害——结构体"致灾风险性参数分析 [J], 王心怡;孙新坡;丁泽浩;车驰
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第@-卷第$"期人民珠江!"#""年$"月!G J K L 1L E ?J L4556'//M M M &N ;8(:8O 4PQ :*8R &,8C 0E '$#S -B3B /Q S :998S $##$T B"-%S "#""S $"S #$-基金项目 国家自然科学基金资助项目*@$B#""33+收稿日期 "#""2#-2$@作者简介 关晓迪*$BB%,+"男"博士"主要从事土力学方面的研究工作#J2(*:='")-A)3A$-BZqq&,[(关晓迪&地震作用下黄土滑坡离散元数值模拟研究$.%&人民珠江#"#""#@-!$""&B"2B3&地震作用下黄土滑坡离散元数值模拟研究关晓迪西安理工大学土木建筑工程学院 陕西!西安!A$##@)摘要&为了对地震荷载作用下黄土滑坡的运动滑移规律进行深入探究#采用离散单元法对甘肃黑方台滑坡进行了地震荷载作用下的滑坡体运动数值模拟研究)结果表明&地震荷载作用下黄土滑坡存在滑源区(流通区以及堆积区-个部分#滑源区的残积土结构相较于滑动前更加松散,且滑源区近坡面不同位置颗粒的滑动位移差异性较大#处于滑坡体前缘的颗粒位移量最大#处于滑坡体后缘的颗粒位移量较小#随着深度的增加#颗粒的位移量逐渐减小#且差异性较大)关键词 地震,黄土滑坡,离散元模拟,运动特征中图分类号 G 3@"&-!!文献标识码 K !!文章编号 $##$T B"-% "#"" $"T ##B"T #%62%2'/7=,*;$%7/2123(2:2*1F &:2/$7'(K $:&('1$,*,-L ,2%%L '*0%($02&*02/3'/1=M &'N 2%+")*',$-4,^F,4[[=[_V :b :=J 8R :8;;N :8R *8<K N ,4:5;,5PN ;`r :s *8a 8:b ;N 9:5c [_>;,48[=[R c `r :s *8A$##@)`V 4:8*e)>%1/'71?E 8[N <;N 5[<;;6=c ;f 6=[N ;54;([5:[8*8<9=:6=*M 9[_=[;99=*8<9=:<;P8<;N ;*N 54qP*';=[*<9`54:96*6;N P9;<54;<:9,N ;5;;=;(;85(;54[<5[8P(;N :,*==c 9:(P=*5;54;([5:[8[_54;=*8<9=:<;(*99P8<;N 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:95:,9黄土因其形成环境的特殊性"表现出大孔隙$水敏性$弱胶结$力学强度低$湿陷性强等特点"使得黄土地区滑坡$崩塌等地质灾害频发"形成机理复杂"严重制约了黄土地区的社会经济发展#据调查"自"#世纪3#年代以来"在陕西省范围内发生的滑坡就多达$$-$处%$&"甘肃东部新老滑坡有@万余处%"&#作为黄土滑坡代表"甘肃黑方台滑坡一直备受关注"对于黑方台黄土滑坡的形成机理$滑坡类型$分布规律$监测预警及时间预测预报等方面"学者们做了大量的研究%-23&"为该滑坡周围的人们生产生活及区域规划等提供理论依据和指导#数值技术克服了传统方法不能对几何形态复杂的边坡进行计算"不能体现材料的各向异性等缺陷"可更加全面地考虑影响滑坡运动破坏的各种因素#近些年来由于计算机技术的成熟及软件的不断完善"数值模拟方法在滑坡领域得到了广泛应用"模拟效果逐步趋于实际"已成为滑坡运动过程分析中的重要手段#胡炜等%A &以黑方台焦家崖头黄土滑坡"B为研究对象"采用有限差分数值模型模拟了滑坡的运动过程"证明了此类灌溉渗透型黄土滑坡具有高速远程滑动的特征#贾俊等%)&采用离散元数值方法"对黑方台地区饱水黄土软弱层诱发滑坡的形成过程和滑体的运动学特征进行了研究"分析了滑体高速运动及稳定堆积过程中的相关特征#王念秦等%B &采用G t V "C 软件模拟了泾阳南塬滑坡滑体的冲击过程"分析了滑体的刮铲堆积及其速度场的变化情况#通过扫描岩土体颗粒轮廓进行建模以及t 1K V -C 耦合G t V -C 的真实三维地形建模已经成为了多数学者常用的研究方法%$#2$"&"滑坡模拟的研究方向也扩展到了滑体能量分析$滑带摩擦热研究等更多领域%$-2$3&#对于边坡地震动力分析的离散元模拟工作"石崇等%$A 2$)&$李祥龙等%$B 2"#&$胡训健等%"$&$卞康等%""&学者做了较多研究#施凤根%"-&运用Gt V -C 对文家沟滑坡的高速远程运动特征进行了研究"通过数值分析与现场调查结果进行对比"揭示了文家沟滑坡的运动机理#当下"尽管国内外专家学者对黄土滑坡的破坏过程$运动机理等方面做了大量的工作"取得了丰富的研究成果"但仍有一些问题需要进一步研究"如地震荷载作用下黄土滑坡的运动滑移特征等#本文主要以甘肃黑方台滑坡为例"对不同地震荷载下以及滑源区不同位置颗粒的运动特征进行分析"找出地震荷载作用下滑源区颗粒的运动规律"为黄土地区地震滑坡的防治和规划提供一定的参考#B"模型建立黑方台位于中国甘肃省中部的临夏永靖县"是祁吕贺山字型构造与陇西旋卷构造的复合部位"区内新构造运动强烈"以差异性上升为主要特征"由于受黄河侵蚀"形成了多级阶地地貌#黑方台属黄河'级基座阶地#黑方台发育的滑坡多达AA 处"结合黑方台滑坡所处的地质环境条件"该地区的滑坡大致分为3个区段"分别为新源端$党川段$黄茨段$焦家崖段$焦家段和陈家段#本文以"#$B 年"月发生的甘肃黑方台焦家3号滑坡为例展开研究"图$为焦家3号滑坡的无人机影像"根据K K u 剖面做出滑坡的纵剖面见图"#然后利用G t V "C 程序"建立滑坡的二维模型*图-+"模型底部宽%@#("高$@#("模型中共包含颗粒)##%个"分为滑源区颗粒*黄色+和非滑源区颗粒*蓝色+#由于滑坡处于黄土地区"黄土颗粒之间的接触与Gt V 中自带的接触黏结接触模型较为接近"故而选取接触黏结模型作为本次模拟的接触模型#通过试错法以及大量的数值试验来对细观参数进行修改"最终得到模型的模拟参数"见表$#图B"焦家J号滑坡无人机影像图C"焦家J 号滑坡纵剖面 :-B图H"焦家J 号滑坡O P .C;模型表B"模拟参数参数取值颗粒密度/*'R /(2-+"A$#初始孔隙率#&@%摩擦系数#&-法向黏结强度/G *-&%#J k #A 切向黏结强度/G *$&"#J k #3刚度比$变形模量3&%#J k #A阻尼比#&AC"模型边界以及动荷载设置自然界中的边坡均为半无限介质"但受限于计算负荷"数值模型的计算区域只能是有限的"因此对滑坡模型的底部$左侧和右侧的边界颗粒进行设定"对边界颗粒固定位移"图@所示"在滑源区对$"个点的颗粒进行监测"从左向右$从上向下依次编号为$,$"号"监测颗粒的位移$速度以及运行轨迹"其中$$"$%$)$$$$$"号点为近坡面点"其中$号点位于滑坡后缘"$$$$"号点位于滑坡前缘"$"号点相比于$$号点位置更靠前"滑源区中部有三列点"每一列又有-个监测点"每一列点的5坐标是一致的"主要目的是监测滑源区颗粒随深度增加"对地震动荷载的响应规律#绿色颗粒为边界颗粒"可传递地震荷载"地震荷载为汶川地震时的加速度时程曲线"峰值加速度$&#R "振动持时%#9"见图%#图!"模型边界以及监测颗粒设置图I"地震波加速度时程曲线H"初始加速度下模拟结果H &B"滑坡运动过程力链分布滑坡滑动过程主要是滑源区颗粒的运动"也体现在滑源区颗粒间接触的破坏#图3所示"不同时刻滑坡的运动状态"#9时"滑坡处于稳定状态!-#9时"滑坡已经开始滑动"在地震波的影响下"滑源区颗粒经过流通区"向下滑移并开始堆积"可以看到"在滑坡滑动过程中"滑源区$流通区和堆积区都有颗粒"3#9时"滑坡运动已经结束"可以看到"此时流通区基本上没有颗粒"颗粒主要在堆积区"滑源区也有一些残积土"但是残留在滑源区的土体从力链结构分布上看"较为松散"堆积区的土体也重新形成新的结构连接"但是力链结构也较为松散#*+#9时滑坡处于稳定状态++-#9时滑坡已经开始滑动,+3#9时滑坡运动已经结束图J"不同滑动时间下滑坡运动过程@BH&C"滑源区颗粒位移分析通过对滑源区不同位置颗粒位移的分析可以获得整体滑源区颗粒的位移情况"见图A#由图A*可以看出"滑源区最外层颗粒的位移也是有很大差异性的"$"号点颗粒"即滑坡体最前缘颗粒的位移量是最小的"位移量基本为#!而$号点颗粒作为滑坡体后缘颗粒"其位移量也是非常小的#可以看出"在滑坡滑动过程中并非是整个滑坡体整体下滑"滑坡体前缘和后缘都会有部分土体存在残留的情况#而$$号点颗粒"作为滑坡体前缘颗粒"在整个滑坡体的推动下"位移量最大为-B"("其次是位于滑坡体中部位置的%号点颗粒位移量为-@%("两者相差$-&3l"而且在最开始的滑坡过程中"%号点颗粒的位移量要高于$$号点颗粒的位移量"说明在地震荷载加载过程中"滑坡体中部位置的颗粒最先滑动"随即带动滑坡前缘的颗粒进行滑动"进而整个滑坡体开始滑动#由图A+可以看出"位于滑坡体中部位置的%$3$A号点的初始位移是不一样的"说明滑源区不同深度的颗粒对地震荷载的响应程度也不一样"近滑坡面的颗粒对于地震荷载的响应程度更大"而且随着地震持时的增加"A号点的位移量基本不变" 3号点颗粒的位移量是缓慢增加"然后逐渐平稳"而%号点颗粒的位移量是急剧增加"然后在-#9后开始逐渐趋于平稳#H&H"滑源区颗粒速度分析对滑源区不同位置颗粒速度进行分析可以看到整个滑坡体在滑动过程中各个位置颗粒的运动状态"见图)#由图)*可以看出"$"号点颗粒*滑坡体最前缘的颗粒+以及$号点颗粒*滑坡体最后缘的颗粒+的速度都是较小的"在滑坡运动过程中"速度也变化不大"而其他近坡面位置颗粒的速度较大"而且速度变化也比较大"和位移变化规律类似"$$号点颗粒的速度变化幅度是最大的"速度峰值达到")(/9"其次是%$)号点#由图)+可以看出"滑源区不同深度的颗粒速度时程曲线差异性较大"A号点的速度时程曲线在#附近波动"而3号点的速度变化不大"其速度峰值为3&%(/9"但是要大于A号点颗粒的速度"而位于近坡面位置的%号点颗粒速度最大为"%(/9"其速度峰值是3号点速度峰值的-&)倍"表明随着深度的增加"颗粒所受到的限制和约束越多"进而导致其速度变化越小"而近坡面的颗粒由于所受的限制和约束较少"速度波动较大#*+滑源区近坡面颗粒++滑源区不同深度颗粒图Q"不同位置颗粒位移曲线*+滑源区近坡面颗粒图R"不同位置颗粒速度曲线%B++滑源区不同深度颗粒续图R"不同位置颗粒速度曲线!"结论采用离散单元法对地震动荷载下黄土滑坡进行数值模拟"分析地震荷载作用下滑源区黄土运动特征"主要结论如下'!地震荷载作用下的黄土滑坡存在滑源区$流通区以及堆积区-个部分"滑源区仍然会有一定黄土滑坡的残积土存在"但是结构相较于未滑动前更加松散!"滑源区颗粒的位移差异性较大"处于滑源区前端的颗粒的位移量最大"随着深度的增加"颗粒的位移量逐渐减小"且差异性较大#参考文献%$&许领"戴福初"邝国麟"等&黑方台黄土滑坡类型与发育规律%.&&山地学报""##)*-+'-3@2-A$&%"&洪嘉祥&甘肃东部滑坡遥感调查分析评价%.&&中国水土保持""##%*B+')2B"%#&%-&许强"彭大雷"亓星"等&"#$%年@&"B甘肃黑方台党川"v滑坡基本特征与成因机理研究%.&&工程地质学报""#$3""@*"+' $3A2$)#&%@&G J\DC1`r aw`1E atW`;5*=&C:95N:+P5:[8*8<_*:=PN;([<;9[_ 54;=*8<9=:<;9:8X;:5*:5;N 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大型地震滑坡高速滑动堵江机制的离散元数值模拟董金玉;赵志强;郑珠光;杨继红【摘要】A large number of landslides were triggered by Wenchuan earthquake, and many barrier lakes were formed for the slumping bodies blocking the rivers. Taking the Tangjiashan landslide as an example, the mechanism of its blocking the river is simulated based on the discrete element numerical simulation method. The results show that the Tangjiashan landslide is indeed a high-speed landslide, the variation curve of its velocity from starting to stopping is obviously nonlinear, and the maximum sliding velocity reaches 27 m/s. The movement and formation mechanism of the barrier lake is reappeared intuitively, and the whole process can be divided into five phases:the starting sliding stage, the speed-up sliding stage, the decelerated sliding stage, the accumulation stage and the self-stabili-zation stage.%汶川大地震触发了大量的大型滑坡,这些滑坡体在峡谷河流地带堵塞河道形成了堰塞湖.本文以唐家山滑坡形成的堰塞湖为例,通过离散元数值方法对地震作用下唐家山滑坡的滑动堵江机制进行了模拟,结论如下:唐家山滑坡确实为一高速滑坡,滑坡从启动到停止,其速度变化曲线具有显著的非线性特征,滑坡的最大滑速达27 m/s;直观地再现了唐家山滑坡的滑动以及形成堰塞体的全过程运动特征和滑坡堵江机制,并把其划分为5个阶段,即滑动启动阶段、加速滑动阶段、减速滑动阶段、遇阻堆积阶段和自稳成坝阶段.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】4页(P47-50)【关键词】唐家山滑坡;离散元数值模拟;滑坡堵江机制;高速滑坡;全过程运动特征【作者】董金玉;赵志强;郑珠光;杨继红【作者单位】华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045;华北水利水电大学资源与环境学院,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】P642地震是最为严重的自然灾害之一,不仅直接造成人员伤亡和财产损失，还能引发其他类型的自然灾害，尤其是山体滑坡、崩塌.2008年5月12日在四川省汶川县发生的8.0级地震诱发了大量的滑坡.这些滑坡滑动速度快、能量大、冲击破坏力强，在高速滑动过程中常堵塞河道形成堰塞湖，其中备受人们关注的就是北川县的唐家山滑坡形成的堰塞湖，一度威胁到下游30万人民的生命财产安全.针对高速滑坡的成因机制、运动过程等，一些学者进行了一些研究，如：殷跃平[1]对汶川地震中高速远程滑坡的特征进行了研究，认为高速远程滑坡具有明显的抛掷效应和气垫效应特征，并导致滑动距离为滑体长度的数倍，堆积成坝后堵江易形成堰塞湖；魏欣等[2]分析了汶川地震灾区高速远程滑坡的空间分布特征，认为随着滑体剪出口相对高差的增大，更多的势能转化为动能，导致滑体滑动速度快，滑动距离远；苏生瑞等[3]以谢家店子滑坡为例，对汶川地震引发高速远程滑坡的运动机理进行了数值模拟研究，得到了地震震级越大，滑体启动的加速度和速度也越大，越易形成高速远程滑坡的结论；陈禄俊等[4]以头寨沟滑坡为例，使用数值模拟方法研究高速滑体凌空飞行的运动规律，认为考虑空气动力学效应分析高速滑坡的滑动时，滑体凌空飞行的时间和距离会增加，更加符合实际滑动情况；邬爱清等[5]采用DDA对唐家山堰塞坝的形成机制进行了模拟分析，计算得到了滑体的滑动速度和块体的主应力分布规律；笔者亦曾结合案例对汶川地震灾区滑坡的成因进行了讨论[6].在这些研究的基础上，笔者通过对唐家山滑坡堰塞湖的现场调查并结合收集到的地质资料，建立离散元数值模型，输入四川卧龙台记录到的实际地震波，对汶川地震作用下唐家山滑坡的动力破坏过程进行模拟，直观地再现唐家山滑坡的高速滑动特征以及形成堰塞坝的全过程运动特征.唐家山滑坡位于北川上游5 km的湔江右岸，距主中央断裂带的直线距离为2.3 km，位于断裂带的上盘.滑坡地段斜坡陡峻，下部坡陡，坡度约50°，基岩裸露，上部较缓，坡度30°左右，上、下游各分布1条冲沟，上游为大水沟，下游为小水沟，滑坡前、后缘高差650 m左右.唐家山滑坡堰塞体长803 m，宽611 m，厚82.65～124.40 m，方量约2 037×104m3，堰塞体坝顶最低部位高程为752 m，最高部位高程790 m，唐家山滑坡的地貌形态特征如图1所示.唐家山滑坡部位出露的地层岩性为寒武下统清平组的砂岩、泥灰岩、泥岩、灰岩，岩层软硬互层.唐家山堰塞坝的坝体由原山坡上部残坡积的碎石土和寒武系下统清平组上部基岩经下滑、挤压、破碎形成的碎裂岩组成，碎裂岩呈现出似层状结构.唐家山堰塞坝地质横剖面如图2所示.从图2中可以看出，唐家山滑坡滑动前岩层产状为330°∠40°，坡面产状330°∠30°～50°，属于顺层结构岩质边坡.节理裂隙主要发育2组高倾角节理，第1组产状为220°∠75°，第2组产状为335°∠80°，分别对岩体起到侧向和横向切割作用.UDEC(Universal Distinct Element Code)是一个处理不连续介质的二维离散元程序，可用于模拟非连续介质(如岩体中的节理裂隙等)承受静载或动载作用下的响应.本文通过UDEC计算程序，首先建立数值模型，然后将实际地震作用力施加到模型中，计算分析唐家山滑坡在地震作用下边坡岩体的运动破坏过程.根据现场调查和地质资料，建立唐家山边坡离散元计算模型,如图3所示.河流右侧高程500～1 300 m，高差为800 m；河流左侧高程300～700 m，高差为400 m；计算模型断面沿水平方向延伸1 600 m.滑体部分视为刚体，不考虑自身的变形量，滑床为变形体，采用弹塑性本构模型，屈服准则采用Mohr-Coulomb屈服准则[7].结构面主要有两组，一组为岩层层面，另一组为岩体中发育的高倾角节理，层面倾角40°，节理倾角80°.根据室内试验和工程类比，将计算所需的各岩土介质及节理的岩体物理力学参数列于表1，阻尼比取岩土体常用阻尼比2%.地震荷载采用汶川地震卧龙台记录到的地震波，其水平加速度峰值为9.58 m/s2，竖向加速度峰值为9.48 m/s2，动力持续时间为45 s，计算输入的加速度时程曲线如图4所示.地震作用下边坡的最大不平衡力监测曲线如图5所示.从图中可以看出：在地震波作用下，模型中的最大不平衡力不断震荡变化，随着地震加速度值的增大而增大，并在10 s时达到最大值，之后减小，和加速度值相对应，在37 s左右达到第二次峰值，之后逐渐减小，并在48 s之后迅速减小，趋近于零.这也反映了坡体从滑动启动、高速滑动以及逐渐堆积稳定的演化过程.为了研究唐家山滑坡在地震作用下的详细滑动过程和堵江机制，在滑体的前、中和后部设置了速度监测点.图6为滑体前、中、后部位单元体滑动速度随时间的变化过程曲线.从图中可以看出：滑坡体前缘监测块体在7 s时滑到河床，水平速度为-17 m/s，垂直速度为-9 m/s，其中负号表示x轴和z轴的负向；之后从7 s到12 s块体沿着河床滑移，垂直速度逐渐减小到0 m/s左右，水平速度增加到绝对值最大值，为-22 m/s;再后由于滑体前缘受坡体阻挡，但滑体在后缘的推动作用下向对岸爬坡，垂直速度开始变为正值，水平速度绝对值开始减小；在30 s时，滑动速度减小至较小值；50 s时趋近于0 m/s，滑动基本停止.而在滑体后缘，在15 s时滑动速度的绝对值达到最大值，水平速度为-22 m/s，垂直速度为-16 m/s，之后滑动速度的绝对值逐渐减小，在30 s时，滑动速度的绝对值减小至较小值，50 s时趋近于0 m/s，滑动基本停止.唐家山滑坡确实为一高速滑坡，滑坡从启动到停止，其速度变化曲线具有显著的非线性特征.滑坡滑动总的持续时间约30 s，其中，在0~15 s内滑坡处于滑动加速阶段，在15~30 s处于滑动减速阶段.滑坡的最大总滑动速度达到27 m/s，最大滑动距离约为750 m.本文对唐家山滑坡的整个滑动堵江过程进行了全过程的离散元模拟，整个模拟过程用了70 s，模拟结果如图7所示，直观地再现了唐家山滑坡滑动堵江的全过程及其运动特征.根据滑动的破坏状态，结合前面的滑动速度监测曲线，将该滑坡的变形破坏过程分为5个阶段.1)滑动启动阶段：0.0～0.1 s.由于地震力及滑体重力的作用，滑体沿着岩体层面(层间软弱带)产生应力集中，使层面产生塑性变形并逐渐贯通.2)加速滑动阶段：0.1～15 s.在地震力和滑体势能转化动能的作用下，滑体滑动速度急剧增加，在此阶段末滑动速度达到最大值27 m/s.3)减速滑动阶段：15～30 s.由于河谷宽仅约100 m，滑体在滑动过程中，受到对岸的阻挡作用力，同时由于滑床与滑体之间的摩擦阻力，滑动速度绝对值逐渐减小，在此阶段末，滑动速度绝对值减小到0 m/s左右.4)遇阻堆积阶段：30～50 s.滑体速度绝对值较小，滑动基本停止，在地震力的作用下，局部地带发生蠕滑或者震荡变形.5)自稳成坝阶段：50 s至计算完成.在50 s以后，地震力作用已经结束，滑体在自重作用下逐渐变得密实、稳定，堵塞河流，形成堰塞坝.基于现场调查和地质资料，本文建立了唐家山边坡离散元数值计算模型，通过在滑床和滑体不同部位设置监测点，对唐家山滑坡在实际地震波作用下滑动破坏的堵江过程进行了模拟分析，得到了以下结论：1)唐家山滑坡确实为一高速滑坡，滑坡从启动到停止，其速度变化曲线具有显著的非线性特征，滑坡的最大滑速达27 m/s.2)对唐家山滑坡的整个滑动堆积过程进行了全过程的离散元模拟重现，直观地再现了唐家山滑坡的全过程运动特征，并把其划分为5个阶段：滑动启动阶段、加速滑动阶段、减速滑动阶段、遇阻堆积阶段、自稳成坝阶段.【相关文献】[1]殷跃平.汶川八级地震滑坡高速远程特征分析[J].工程地质学报,2009,17(2):153-166.[2]魏欣,胡瑞林,李丽慧,等.强震条件下高速滑坡的空间分布特征研究[J].工程地质学报,2010,18(4):490-496.[3]苏生瑞,张永双,李松,等.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[J].地球科学与环境学报,2010,32(3):277-287.[4]陈禄俊,邢爱国,陈龙珠,等.高速远程滑坡飞行数值分析[J].水文地质工程地质,2008,35(5):1-6.[5]邬爱清,林绍忠,马贵生,等.唐家山堰塞坝形成机制DDA模拟研究[J].水文地质工程地质,2008,39(22):91-95.[6]董金玉,杨国香,杨继红,等.汶川地震灾区滑坡的成因及典型实例分析[J].华北水利水电学院学报,2011,32(5):10-13.[7]Itasca Consulting Group,Inc..Universal distinct element code:theory and background[R].Minneapolis:Itasca Consulting Group Inc.,2005.。

《基于离散元法的不同重力下颗粒物质冲击特性研究》一、引言随着科技的发展，离散元法（DEM）作为一种数值模拟方法，被广泛应用于颗粒物质的研究中。

颗粒物质如砂土、煤粉、谷物等在各种工程领域中具有广泛的应用，其冲击特性研究对于理解颗粒物质的力学行为、优化相关工程设计以及防范潜在风险具有重要意义。

本论文主要研究在不同重力作用下，颗粒物质的冲击特性。

通过离散元法进行数值模拟，分析颗粒间的相互作用力、能量传递以及冲击后的形态变化。

二、研究背景及意义颗粒物质在自然界和工程领域中普遍存在，其冲击特性对于理解颗粒物质的力学行为具有重要意义。

不同重力环境下，颗粒物质的冲击特性会发生变化，这将对相关工程设计和安全防范带来挑战。

因此，研究不同重力下颗粒物质的冲击特性，对于提高相关工程的设计水平、保障人员安全以及优化资源利用具有重要意义。

三、离散元法的基本原理及应用离散元法是一种用于模拟颗粒物质行为的数值方法。

该方法通过建立颗粒间的相互作用力，模拟颗粒的运动和碰撞过程，从而得到颗粒物质的宏观力学行为。

离散元法在颗粒物质的研究中得到了广泛应用，可以有效地模拟颗粒物质的力学行为、流动特性以及冲击特性等。

四、不同重力下颗粒物质冲击特性的数值模拟4.1 模型建立本部分主要介绍如何利用离散元法建立不同重力下的颗粒物质模型。

首先，确定颗粒的物理参数，如形状、大小、密度等；其次，设置重力环境，通过改变重力加速度来模拟不同重力环境；最后，设置初始条件，如颗粒的初始位置、速度等。

4.2 数值模拟过程在建立好模型后，进行数值模拟。

通过设定不同的冲击条件，如冲击速度、冲击角度等，观察颗粒物质的冲击过程。

记录颗粒间的相互作用力、能量传递以及冲击后的形态变化等数据。

4.3 结果分析对数值模拟结果进行分析。

首先，分析不同重力环境下，颗粒间的相互作用力、能量传递的变化规律；其次，分析冲击后颗粒的形态变化，如堆积形态、空隙率等；最后，探讨不同重力环境下颗粒物质的冲击特性及其影响因素。

崩塌落石的运动特征研究崩塌落石是一种常见的自然灾害，具有突发性和破坏性，给人们的生命和财产安全带来严重威胁。

因此，研究崩塌落石的运动特征具有重要意义，可以为预测和防治崩塌落石灾害提供理论支持。

本文将介绍崩塌落石运动特征的研究现状、研究方法、实验设计与数据分析、结论与展望以及崩塌落石是一种常见的自然灾害，具有突发性和破坏性，给人们的生命财产安全带来严重威胁。

在边坡工程勘察中，对崩塌落石运动模式及轨迹进行分析具有重要意义，有助于为工程设计和施工提供科学依据，提高边坡的稳定性。

崩塌落石主要是由于边坡内部应力超过其承受能力而导致的，其运动模式包括滑动、滚落和抛射等。

在实际工程中，崩塌落石的发生往往与地震、降雨和人类活动等因素有关。

例如，2008年汶川地震后，大量山体崩塌落石，给灾区重建工作带来了巨大困难。

流体力学分析崩塌落石在运动过程中可视为一个弹性体，其运动轨迹受弹性势能、动能和势能转换等因素的影响。

在崩塌初期，边坡岩体受到的应力超过其承受能力，产生裂缝，势能逐渐转化为动能。

随着裂缝的发展，岩体逐渐失稳，产生滑动、滚落等运动，势能进一步转化为动能。

在运动过程中，岩体的速度逐渐增大，直到势能完全转化为动能，运动轨迹呈抛物线形。

地质学原理在边坡工程勘察中，地质学原理对崩塌落石的分析具有重要意义。

地震波传输、地表形态变化和地质灾害等地质因素均会对崩塌落石的发生产生影响。

地震波的传播会导致岩体应力的变化，从而诱发崩塌落石；地表形态的变化，如地形的起伏、岩层的走向等也会对崩塌落石的发生产生影响；地质灾害如泥石流、滑坡等也会对边坡的稳定性产生影响。

工程应用在边坡工程勘察中，崩塌落石的运动模式及轨迹分析具有广泛的应用价值。

通过对崩塌落石的运动模式和轨迹进行分析，可以有效地判断出崩塌落石的可能运动轨迹和影响范围，为工程设计提供依据。

崩塌落石的轨迹分析可以为安全防范措施的设计提供参考，如设置拦石网、落石缓冲区等。

崩塌落石的监测也是边坡工程勘察的重要内容之一，通过对崩塌落石的监测可以及时发现并采取相应的措施防止灾害的本文对边坡工程勘察中崩塌落石运动模式及轨迹分析进行了简要介绍。

地震作用下边坡的崩塌落石距离研究王荣;董洁;方怡【摘要】基于室内振动台试验和能量守恒原理,开展了一系列的边坡崩塌落石的振动台试验,揭示了不同频谱特性、地震峰值加速度、场地类型、坡形、地下水位高度以及不同落石形状和大小对边坡失稳后崩塌距离的影响规律,提出了不同影响因素下以边坡高度为评价指标的边坡落石防护的临界阈值.研究表明:远场地震作用下不同形状的落石距离大于近场地震作用下的落石距离;不同形状的落石随着地震峰值加速度的增加,其崩落的距离逐渐增加.随着边坡坡角的增加,不同形状的落石距离表现出先增大后减小的趋势,在边坡角度达到60°时,随着边坡角度的继续增加,不同形状落石的距离逐渐减小;随着边坡坡高的增加,不同形状的落石距离表现出增大趋势;考虑地震峰值加速度影响时,不同形状落石距离的从大到小依次为球形、圆柱形、方形、长条形;而考虑边坡坡形影响时不同形状落石距离的从大到小依次为球形、圆柱形、长条形、方形,与汶川地震中圆球形和圆柱形落石对边坡坡底构筑物的影响最严重的案例较为吻合.基于概率方法计算得出:在边坡(1.2~1.4)H(H为坡高)范围时坡脚构筑物受影响的概率最大,此区间的确定可为坡脚构筑物的防护设计提供参考.%Based on the shaking table test and the principle of conservation of energy,a series of shaking table tests of slope rock fall are carried out,then the influence laws of collapse distance after instability of the slope under different influence factors including spectrum characteristics,seismic peak ground acceleration,types of site,types of the slope,underground water level and rock fall shape and size are revealed. Finally,critical threshold values of rock fall protection,which uses the probabil-ity method and is evaluated by the slope height,under different influencing factors,are putforward. The results show that the distance of rock falls under far field-earthquake is greater than that under the near-field earthquake. The distances of rock falls increase with the increase of peak acceleration. With the increase of height of slope,distance of rock falls in different shapes show increasing trend,while the angle of the slope reaches 60°,the distance of rock falls decrease with the increase of slope an-gle. The distance of rock falls from largest to smallest are spherical rock falls,cylindrical rock falls,rectangle rock falls and square rock falls considering the influence of peak acceleration of earthquakes,while the distance of rock falls from largest to smallest are spherical rock falls,cylindrical rock falls,square rock falls and rectangle rock falls considering the slope shape. The probability value within the range 1. 2H~1. 4H ( the slope height) reaches maximum based on the probability method, which can provide reference for protection design of structures at the foot of slope.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】7页(P21-27)【关键词】概率方法;振动台试验;频谱特性;崩塌落石;地震【作者】王荣;董洁;方怡【作者单位】中国港湾工程有限责任公司,北京100027;中国港湾工程有限责任公司,北京100027;中国地震局地壳应力研究所,北京100085【正文语种】中文【中图分类】TU4地震作用下落石水平运动距离是落石沿坡面下落后纵向所达范围，是构成落石灾害威胁区域的一部分。

区域滑坡崩塌地质灾害特征分析及其易发性和危险性评价研究以宁强县为例一、本文概述本文旨在深入探讨区域滑坡崩塌地质灾害的特征分析以及易发性和危险性评价研究，以宁强县为例进行详细阐述。

宁强县位于中国陕西省的西南部，是一个地质灾害频发的区域，滑坡和崩塌等灾害事件时有发生，给当地人民的生命财产安全带来了严重威胁。

因此，对宁强县滑坡崩塌地质灾害的深入研究，不仅有助于提升我们对该类灾害的科学认识，也能为制定有效的防灾减灾措施提供科学依据。

文章首先将对宁强县的地质环境进行概述，分析区域滑坡崩塌地质灾害的主要特征，包括灾害类型、分布规律、影响因素等。

在此基础上，运用地质灾害易发性评价和危险性评估的理论和方法，对宁强县的滑坡崩塌灾害进行系统的评价研究。

文章将综合考虑地质环境、气候因素、人类活动等多方面的影响，运用GIS技术、数理统计方法等手段，对滑坡崩塌灾害的易发性和危险性进行定量评估，以揭示灾害的发生规律和发展趋势。

通过本文的研究，我们期望能够为宁强县乃至类似地区的滑坡崩塌地质灾害防治工作提供有益的参考和建议，促进地质灾害防治水平的提升，保障人民群众的生命财产安全。

也希望本文的研究能够为地质灾害领域的学术研究和实践工作提供新的视角和思路，推动地质灾害科学的发展。

二、区域滑坡崩塌地质灾害特征分析宁强县位于我国西部山区，地质环境复杂，滑坡、崩塌等地质灾害频发。

这些灾害的发生往往与地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件以及人类工程活动等因素密切相关。

本节将详细分析宁强县区域内滑坡、崩塌地质灾害的特征。

宁强县的滑坡灾害主要分布于河流沿岸的斜坡地带和山间谷地。

这些地区的斜坡往往坡度较大，地表覆盖层较薄，加之长期的雨水冲刷和地下水的侵蚀作用，使得斜坡的稳定性降低，容易发生滑坡。

滑坡的规模大小不一，从小型滑坡到大型滑坡均有发生，且滑坡体的物质组成多为残坡积物和崩坡积物。

崩塌灾害在宁强县主要发生在陡峭的岩质斜坡和河岸峭壁处。

岩质颗粒压缩破碎过程的离散元数值模拟研究徐可;黄文雄;李星月;汪留松;王建敏【期刊名称】《许昌学院学报》【年(卷),期】2018(000)006【摘要】为了研究岩质颗粒的压缩破碎,基于离散元方法,采用凝聚颗粒模型,构建了密实状态结构的可破碎颗粒单元,将岩质材料的矿物晶粒等效为细观单元,将连接方式等效为黏结模型,发展了一种凝聚颗粒快速生成技术,能有效减少建立模型的时间,并便于估算颗粒破碎后的孔隙释放.引入黏结断裂类型、坐标和数量的监测手段,研究岩质颗粒材料压缩破碎的过程,归纳了破碎过程四个阶段的特征,并得到了和试验一致的力一位移曲线,发现细观单元的法向黏结断裂的突变是宏观颗粒失去承载力的重要特征.【总页数】5页(P23-27)【作者】徐可;黄文雄;李星月;汪留松;王建敏【作者单位】许昌学院土木工程学院,河南许昌461000;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;许昌学院土木工程学院,河南许昌461000;许昌学院土木工程学院,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究 [J], 梁艳坤;隋旺华;朱涛;张新佳2.基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性 [J], 刘洪磊;王培涛;杨天鸿;徐涛;于庆磊;夏冬3.基于颗粒离散元法岩石压缩过程破裂机制宏细观研究 [J], 袁康;蒋宇静;李亿民;王刚4.颗粒破碎过程的离散元精细化建模 [J], 洪俊;李建兴;沈月;王潇5.岩质颗粒破碎数值模拟研究进展 [J], 徐可; 黄文雄; 王建敏; 张涛; 陈丁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于数值模拟的崩塌落石运动轨迹预测研究摘要：崩塌落石是山区常见的地质灾害，其运动轨迹受多种因素影响。

为准确预测崩塌落石运动的轨迹，基于数值模拟方法，建立了边坡崩塌落石的数值模型，通过参数敏感性分析研究了崩塌落石运动过程中速度、加速度、高度、倾角等关键参数的变化规律，并与现场观测数据进行对比。

研究结果表明：基于数值模拟方法的崩塌落石运动轨迹预测与现场观测数据具有较好的一致性，可准确预测崩塌落石的运动轨迹。

此外，基于数值模拟方法研究了影响崩塌落石运动轨迹的关键因素，并提出了相应的防护措施建议，对山区工程实践具有重要参考价值。

关键词：数值模拟；崩塌落石；运动轨迹；预测1、引言崩塌落石是山区常见的地质灾害，受多种因素影响，目前已有研究成果主要集中于对崩塌落石的运动特征和运动过程进行研究，但缺乏对影响崩塌落石运动轨迹关键因素的分析。

数值模拟是研究复杂地质条件下岩土体变形破坏和运动特征的有效手段，可以研究对崩塌落石运动过程的影响，也可研究边坡几何形状对其运动特性的影响，其已广泛应用于边坡稳定性分析、岩土工程勘察等领域。

2、Rockfall基本原理落石斜坡状况较为复杂，在野外进行抛石实验，不仅会耗费了大量的时间和人力物力，而且因为数据比较粗糙，即使采用了经验分析，也无法准确地反应出落石的运动特性。

本文利用加拿大Rocscience公司研发的Rockfall软件对滚石过程进行了仿真。

基于坡体几何形态、坡角、摩阻与阻尼系数等已知的条件，以及岩石运动的初始状态（运动模式、速度大小与方向等），理论上可以完整地推算岩石运动轨迹与运动过程。

在Rockfall软件模拟过程中，规则如下：(1)从陡峭到平缓的斜坡，翻滚和滑移的方式没有变化，而在转折处，由于移动方向的变化而产生了速度的下降，此处对过弯处的阻力效应不予考虑，这样的考虑对于最终保护结构的设计而言，是一种偏向于保守的做法。

(2)在斜坡从平缓到陡峭的过程中，落石从滚滑状态转变为跳跃状态。

地震作用下松散堆积体崩塌的颗粒流数值模拟杨庆华;姚令侃;杨明【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2009(044)004【摘要】应用基于离散单元法理论的二维颗粒流数值模拟程序,探讨了松散堆积体在地震诱发作用下的崩塌过程与规律.通过改变堆积体底部边界的角度模拟不同地震烈度对松散堆积体崩塌规律的影响,并将数值模拟结果与离心模型试验结果进行了比较.结果表明:在地震诱发作用下,松散堆积体的崩塌量占崩塌总量的比重,5度地震烈度时约为5%,偏离临界休止角不到1.0°;6度和7度地震烈度时为18%左右,偏离临界休止角1.0°～2.0°;而 8度地震烈度时约为45%,已远远偏离临界休止角近10°.研究结果可供山区道路边坡抗震设防及崩塌体对道路、河流的阻塞评价参考.【总页数】5页(P580-584)【作者】杨庆华;姚令侃;杨明【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川,成都,610031【正文语种】中文【中图分类】U213.152.1【相关文献】1.基于离散元地震作用下块状危岩群体崩塌前兆特征研究 [J], 纳曼·麦麦提;张鹏;李俊才2.地震作用下崩塌灾势评估方法研究——以川藏公路通麦到105道班为实验线 [J], 毛泽宇;姚令侃;杨庆华;黄小琴3.地震作用下松散斜坡崩塌拟静力离心模型试验 [J], 杨庆华;姚令侃;任自铭4.地震作用下黏性土坡失稳破坏的颗粒流模拟 [J], 吴为东;胡康俊;叶旻;瞿章城5.不同温度环境下加肋土工膜与砂土界面拉拔试验的颗粒流数值模拟 [J], 高俊丽;徐宏飞;袁川;曹威因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

地震荷载作用下岩石边坡节理面的动力响应破坏研究摘要：为了研究地震作用下岩石边坡节理面的动力响应和破坏特点，本文利用大型有限元软件ANSYS建立了含节理面的岩石边坡模型。

通过数值模拟发现节理面将岩石边坡分成两个部分，两部分的应力、应变和动力响应由于节理的存在而发生显著的变化，在节理面处产生集中和跳跃现象，同时还发现节理面角度越大，则岩石边坡节理面滑移距离越大，在整个地震作用的时间内，节理面的滑移不是连续变化的，而是分成三个阶段。

关键词：岩石节理面；地震作用；动力响应；数值模拟P581 引言岩体的力学特性和稳定性不仅受其本身强度参数的影响，还很大程度上还取决于其完整程度、节理及软弱结构的影响。

以往在进行岩质边坡稳定性分析时往往采用岩体强度控制而不是采用结构面强度控制，而实际上岩体结构面的强度参数要比岩石的强度低得多，因此对于岩质边坡来说起控制作用的是节理结构面强度。

地震作用下岩体破坏主要发生在岩体的节理面上，岩体节理面的强度和力学性质成为影响岩体破坏的主要控制因素。

地震诱发的岩质边坡破坏(滑动和坍塌)是常见的地震灾害，特别是在我国西部山区和丘陵地带，地震诱发的边坡破坏分布广泛，汶川8.0级大地震造成的山体滑坡给灾区人民的生命和财产安全造成巨大的危害。

因此研究地震作用下节理面的动力响应和破坏特点具有十分重要的意义。

国内外学者针对岩体节理面的破坏模式做了大量的研究工作，祁生文[1](2004)分析了边坡在动力作用下的可能破坏形式，对地震边坡的失稳机制进行了探讨，认为地震边坡的失稳是由于地震惯性力的作用以及地震产生的超静孔隙水压力迅速增大和累积作用这两个方面原因造成的。

梁庆国[2](2007)研究垂直向地震作用对节理岩石边坡失稳破坏的影响，研究认为在岩石边坡节理分布特征和静态应力场一定的初始条件下,第一个导致岩体中产生破裂的地震动加速度幅值及其方向的组合唯一地决定了岩体不可逆破坏发展的方向、机制及最终的破坏特征,其复杂性远大于静力作用时的情况。