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地球科学 2024年第8期49卷 2799-2812页

作者：刘毛毛石振明李博夏成志同济大学土木工程学院

基于dem-fdm耦合,考虑结构面的三维延展情况,分区建立不同岩体结构的顺层岩质边坡数值模型,输入双向地震动,分析强震下不同岩体结构顺层岩质边坡的动力响应及破坏模式,得出了如下结论:(1)地震作用下,边坡加速度存在一定的高程放大效应,... 详细信息

基于dem-fdm耦合,考虑结构面的三维延展情况,分区建立不同岩体结构的顺层岩质边坡数值模型,输入双向地震动,分析强震下不同岩体结构顺层岩质边坡的动力响应及破坏模式,得出了如下结论:(1)地震作用下,边坡加速度存在一定的高程放大效应,边坡底部水平向放大效应强于竖直向放大效应,顶部水平与竖向放大效应不相上下;(2)在32.5～42.5 m高程范围内,层面和节理等结构面的存在,对于地震波的传播有一定阻隔作用.坡肩相对于其他部位放大效应更强,且节理越发育,坡肩放大效应越强,相比倾向180°的节理,倾向90°的节理对放大效应影响更大;(3)具有不同岩体结构的4个模型分别呈现稳定、局部开裂、滑移—拉裂破坏及滑移—溃散破坏等不同的变形破坏特征,倾向90°的节理是顺层边坡稳定性的主控结构面.通过与以往研究结果对比可知,耦合方法能较好地揭示不同岩体结构顺层岩质边坡的动力响应及破坏模式,为强震区相关边坡工程提供了一定参考.

关键词： dem-fdm耦合顺层岩质边坡强震动力响应破坏模式工程地质

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基于dem-fdm耦合分析方法的尾矿体边坡静动力稳定性研究

基于DEM-FDM耦合分析方法的尾矿体边坡静动力稳定性研究

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作者：王建历昆明理工大学

学位级别：硕士

本文以云南省个旧市象冲尾矿体边坡为研究背景,针对象冲尾矿体边坡建立了三维数值模型。选取离散（dem）和连续（fdm）两种不同的数值分析方法,结合两种方法在分析尾矿体边坡稳定性上各自的优势,采用离散-连续耦合分析方法从细观角度对... 详细信息

本文以云南省个旧市象冲尾矿体边坡为研究背景,针对象冲尾矿体边坡建立了三维数值模型。选取离散（dem）和连续（fdm）两种不同的数值分析方法,结合两种方法在分析尾矿体边坡稳定性上各自的优势,采用离散-连续耦合分析方法从细观角度对尾矿体边坡破坏的内在机理进行了分析,并用此方法从宏细观层面研究了尾矿体边坡静动力作用下的稳定性,最后再与极限平衡法作对比分析。论文主要研究工作和取得的成果如下:（1）使用PFC建立三轴数值试验来获得尾矿颗粒的应力应变曲线,通过对比应力莫尔圆使其和宏观强度参数相一致,以此标定和尾矿材料相同的宏观参数粘聚力和内摩擦角所对应的细观参数值,此外,还将数值试验与室内试验结果进行了对比分析,验证了此次数值试验标定结果的准确性。（2）基于细观参数标定,结合宏观强度折减法得出细观强度折减规律,将折减关系编写成强度折减函数代码并开展离散-连续耦合分析,最终验证了耦合模型的可靠性。（3）基于强度折减法和极限平衡法对尾矿体边坡开展静力作用下的细观破坏机理和宏观稳定性分析,研究表明:尾矿体边坡的滑裂面形成过程中颗粒的速度和位移均出现增大趋势,滑移面形成后速度将保持不变,而位移持续增大;颗粒间的接触力呈现出先增大后下降趋势,峰值出现在滑裂面形成之时,而剪应力和主应力两方面也呈现出先增大,但之后却是进入了残余应力阶段;分析测量球中颗粒的接触表明:在边坡破坏的全过程中,耦合区域内的颗粒先出现挤密后发生分离,颗粒间粘结应力遭到破坏的标志为滑移面贯穿测量球之时;在尾矿体边坡滑裂面形成过程中坡体内的孔隙率先减小,随着破坏的持续增加,孔隙率逐渐的增大。（4）基于强度折减法和极限平衡法对尾矿体边坡开展动力作用下的动力响应及稳定性分析,研究表明:高程上,加速度存在明显的放大和趋表效应,受到影响较重的是夹层处;地震强度较大时,沿坡表中上部位及靠近耦合区域处动力响应较为激烈,破坏主要以浅层滑面破坏为主;弹性模量较大的材料,受到横向地震动作用更为显著,加速度响应更激烈;耦合区域周围的耦合墙对地震波传播有抑制作用;耦合区域对于附近的连续单元介质PGA放大系数有着一定的放大作用;地震作用下,边坡坡体内部结构破坏更为严重,深部剪切破坏范围和顶部受拉范围较为集中。（5）基于极限平衡法和强度折减法,采用数值分析软件Slide、PFC和FLAC软件分别对象冲尾矿体边坡开展静力和动力作用下的稳定性计算,研究表明:采用dem-fdm耦合分析方法得出的滑裂面位置与极限平衡法一致,而安全系数则比极限平衡法略高,其中静力作用下与Bishop法差异为5.63%,动力作用下与Spencer法的差异为2.42%。总体而言,差异在6%以内,说明dem-fdm耦合分析方法在分析尾矿体边坡稳定性方面有较高的精度。

关键词： dem-fdm耦合尾矿体边坡参数标定 FLAC3D PFC3D 地震作用细观机理

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