考虑剪切带颗粒破碎效应的堆积体滑坡大变形MPM模拟

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高速远程滑坡常常会导致灾难性的后果,一直是岩土工程界的重点研究对象。不少学者对高速远程滑坡的变形过程、形成机理和影响范围进行了研究,然而对于大变形滑坡动力过程往往会涉及到颗粒破碎,孔隙水压等一系列复杂问题,孔隙水压对滑坡的启动及运动过程有着重要的影响,传统数值计算方法很难去考虑这类问题,而物质点法(MPM)在处理大变形情况(如高速远程滑坡)具有无可比拟的优势。鉴于此,本文基于滑动面颗粒破碎引起的孔隙水压变化的数学模型,结合传统物质点法(MPM)算法推导出了耦合孔隙水压的物质点法算法,开展了滑坡的运动过程数值模拟研究。本文的主要工作和最终成果如下:(1)介绍了土体颗粒破碎相关的工程现象、室内试验和数值模拟研究,这些研究表明滑动面上滑体材料在剪切过程中出现明显的颗粒破碎现象,使得滑动面孔隙水压上升,是造成高速远程滑坡发生的原因之一。(2)将考虑滑动面颗粒破碎引起的孔隙水压公式的数学模型引入物质点法(MPM)中,给出了相应的算法流程并编制了考虑颗粒破碎引起的孔隙水压耦合物质点法程序。(3)采用MPM方法对简易边坡实例进行模拟,对滑坡的破坏运动过程进行了详细分析,验证了该方法的有效性与准确性。在此基础上,采用耦合MPM方法对简易边坡实例模拟,分析了简易边坡在考虑颗粒破碎引起的孔隙水压的运动规律及其对滑动后的堆积形态的影响;(4)利用耦合MPM程序对深圳渣土场滑坡的破坏运动过程进行模拟,分析了滑动面颗粒破碎引起的孔隙水压上升效应对深圳渣土场破坏变形的范围、滑动面的形态、滑体滑动距离及堆积形态的影响规律。
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