滑坡运动过程仿真分析.pdfVIP

维普资讯 第 27卷 第 5期 地球科学——中国地质大学学报 VoI_27 NO．5 2002年 9月 EarthScience-- JournalofChinaUniversityofGeosciences Sep． 2 0 0 2 滑坡运动过程仿真分析 殷坤龙 ，姜清辉 ，汪 洋 (1．中国地质大学工程学院，湖北武汉 430074~2．武汉大学水力发电工程 系，湖北武汉 430072) 摘要 ：滑坡是一个动态过程 ，滑坡体的运动是一个集滑动、转动、拉张等运动方式的复杂运动 过程．传统的极限平衡计算和有限元分析均无法描述滑坡的运动学特点和运动过程．非连续 变形分析(DDA)是最近发展起来的一种新的离散数值分析方法，该方法基于块体 的运动学 理论及数值分析 ，可以开展块体的静力和动力学计算．应用非连续变形分析方法对长江三峡 库区新滩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的划分 ，共划分成 504个块体单元．模拟结 果表明，新滩滑坡是以斜坡中部姜家坡一带的局部破坏为其运动的开始阶段 ，并进一步牵引 上部滑体和推动下部滑体．代表性块体单元的位移变化曲线和滑动速度变化曲线反映了滑动 过程中滑坡体块体系统的变形是非连续的，各处块体的运动形态各异．从而很好地再现了新 滩滑坡的整个动态过程，揭示了滑坡的运动机制． 关键词：滑坡；仿真；非连续变形分析． 中图分类号：P642．22 文献标识码 ：A 文章编号：1OOO一2383(2002)05--0632--05 作者简介：殷坤龙(1963一)，男，教授，博士生导师，主要从事滑坡及其他地质灾害预测与防 治研究． 滑坡问题是典型的不连续变形块体的动力学问 值实现、全一阶位移近似、严格的平衡假定、正确的 题，目前的研究大多集中在边坡的稳定性分析方面， 能量消耗和较高的计算效率．由于其刚体位移和块 而对滑坡的动力学过程研究还很少．传统方法中，极 体变形采用统一的有限元格式求解，不仅允许块体 限平衡法是进行边坡稳定性评价分析的主要方法， 本身有位移和变形，而且还允许块体间有滑动、转 但该方法通常需要预先假定破坏模式和滑动面，而 动、张开等运动形式，能得到大变形、大位移解 ，因 且不考虑岩土体的变形，因此很难计算滑坡渐进破 此，DDA法兼有有限元和离散元的优点，又克服 了 坏产生的真实位移场；基于连续性假设的有限元方 它们的缺点 ，具有广泛的应用前景．非连续变形方法 法应用于滑坡稳定性分析时，虽然不必预先假定滑 自提出以来，便受到国内外广泛的关注和深入的研 动面，但它不能求解滑坡滑动实际可能产生的大变 究[2q]．本文将这一方法应用到新滩滑坡动力学过 形和大位移；基于牛顿运动定律的离散单元法是一 程的数值仿真模拟研究，有利于进一步揭示滑坡产 种非连续分析方法，该方法可以充分考虑离散块体 生的运动机制． 之间的滑动、转动和张开等运动形态，能得到大变 形、大位移解 ，但离散单元法在确定阻尼和能量耗散 1 DDA方法 的基本原理 方面还存在不易解决的问题． 非连续变形分 析 (discontinuousdeformation 1．1 块体位移及变形 analysis，简称 DDA)是最近发展起来的一种新的离 DDA分时步进行计算 ，大位移和大变形是由小 散数值分析方法[1]．它可作静力、动力计算，包括正 位移、小变形累加而成．假定每个时间步满足小位 分析和反分析．DDA方法有完备的运动学理论及数 移、小变形条件．设每个块体处具有常应力、常应变， 块体的运动及变形由6个独立的变形参数确定： 收稿 日期：2OO2一O3一l2 [D]一[o，Vo，Zo， ，￡， ]． (1) 基金项 目：国家 自然科学基金项 目(N0．