随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过...随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过程模拟和离散元法(digital elevation model,DEM)能够精准的接触判断优势,MPM-DEM耦合算法可有效解决滑坡体与复杂地形、沿线结构物之间的相互作用问题。文章基于GPU并行高性能计算软件CoSim中的MPM-DEM耦合算法,实现了对弃渣场边坡稳定性、潜在失稳灾害的动力学分析。研究首先以散粒体冲击结构物的算例,验证了该算法的合理性与准确性;在此基础上,以云南某高速公路弃渣场为研究案例,进一步计算其稳定性系数,并预测潜在失稳灾害的影响范围与危害程度。结果表明,该弃渣场边坡目前处于稳定状态;若发生失稳,滑坡体将对下游高速公路桥桩产生巨大冲击力。该耦合算法在弃渣场边坡稳定性与失稳灾害动力学分析中具备显著优势,能够实现边坡“稳定性→大变形→流动→堆积”的全过程分析。展开更多
为揭示近断层地震动作用下岩质边坡的动态响应规律与灾变机制,提出了一种间接边界元法(indirect boundary element method,简称IBEM)与离散元法(discrete element method,简称DEM)耦合的时域分析体系,建立了考虑岩土体非连续变形特征的...为揭示近断层地震动作用下岩质边坡的动态响应规律与灾变机制,提出了一种间接边界元法(indirect boundary element method,简称IBEM)与离散元法(discrete element method,简称DEM)耦合的时域分析体系,建立了考虑岩土体非连续变形特征的近断层-边坡系统非线性动力响应模拟方法。首先基于IBEM构建半无限域千米级近断层地震波场高精度数值模型;其次,结合格林函数理论与IBEM求解波场,推导DEM计算域边界等效地震荷载的显式表达,进而实现IBEM-DEM耦合系统的跨尺度能量传递;最终通过DEM求解米级岩质边坡的非线性动力响应,实现了从千米级断层到米级边坡的多尺度非线性地震动模拟方法体系。数值模拟与动态监测结果表明:IBEM-DEM耦合算法可精准表征近场地震波传播的频散特性与能量衰减规律;近断层地震荷载作用下,软弱夹层首先发生渐进式剪切破坏,其强度劣化导致贯通性破裂面的形成,并引致滑体沿剪切面加速失稳,产生显著位移与速度响应,最终在坡脚形成典型碎屑堆积体;滑体表层速度显著高于底层,表层平均速度达到底层平均速度的3.6倍,其中滑体表层X向和Z向的速度分量峰值分别达到4.98 m/s和5.92 m/s,呈现出明显的趋表效应;滑体监测点从初始坡面位置到最终堆积体位置的X向和Z向最大位移分别可达41 m和35 m,时程表现出典型阶跃式增长特征,反映出滑体在动能与势能交替转换中的突跃式滑移行为。IBEM-DEM耦合方法构建了从岩体破裂到滑坡成灾的全过程演化序列,为近断层地震动诱发滑坡的动力灾变分析提供了创新性分析方法体系,并为复杂地质条件下滑坡机制的识别及地震灾害的防控提供了理论依据与技术支持。展开更多
文摘随着山区高速公路建设的迅速推进,弃渣场的稳定性及潜在失稳灾害评估日益受到重视。具有巨大能量的滑坡体,可能会冲击破坏沿途的结构物进而威胁生命财产安全。充分发挥利用物质点法(material point method,MPM)可以对连续介质大变形过程模拟和离散元法(digital elevation model,DEM)能够精准的接触判断优势,MPM-DEM耦合算法可有效解决滑坡体与复杂地形、沿线结构物之间的相互作用问题。文章基于GPU并行高性能计算软件CoSim中的MPM-DEM耦合算法,实现了对弃渣场边坡稳定性、潜在失稳灾害的动力学分析。研究首先以散粒体冲击结构物的算例,验证了该算法的合理性与准确性;在此基础上,以云南某高速公路弃渣场为研究案例,进一步计算其稳定性系数,并预测潜在失稳灾害的影响范围与危害程度。结果表明,该弃渣场边坡目前处于稳定状态;若发生失稳,滑坡体将对下游高速公路桥桩产生巨大冲击力。该耦合算法在弃渣场边坡稳定性与失稳灾害动力学分析中具备显著优势,能够实现边坡“稳定性→大变形→流动→堆积”的全过程分析。
文摘为揭示近断层地震动作用下岩质边坡的动态响应规律与灾变机制,提出了一种间接边界元法(indirect boundary element method,简称IBEM)与离散元法(discrete element method,简称DEM)耦合的时域分析体系,建立了考虑岩土体非连续变形特征的近断层-边坡系统非线性动力响应模拟方法。首先基于IBEM构建半无限域千米级近断层地震波场高精度数值模型;其次,结合格林函数理论与IBEM求解波场,推导DEM计算域边界等效地震荷载的显式表达,进而实现IBEM-DEM耦合系统的跨尺度能量传递;最终通过DEM求解米级岩质边坡的非线性动力响应,实现了从千米级断层到米级边坡的多尺度非线性地震动模拟方法体系。数值模拟与动态监测结果表明:IBEM-DEM耦合算法可精准表征近场地震波传播的频散特性与能量衰减规律;近断层地震荷载作用下,软弱夹层首先发生渐进式剪切破坏,其强度劣化导致贯通性破裂面的形成,并引致滑体沿剪切面加速失稳,产生显著位移与速度响应,最终在坡脚形成典型碎屑堆积体;滑体表层速度显著高于底层,表层平均速度达到底层平均速度的3.6倍,其中滑体表层X向和Z向的速度分量峰值分别达到4.98 m/s和5.92 m/s,呈现出明显的趋表效应;滑体监测点从初始坡面位置到最终堆积体位置的X向和Z向最大位移分别可达41 m和35 m,时程表现出典型阶跃式增长特征,反映出滑体在动能与势能交替转换中的突跃式滑移行为。IBEM-DEM耦合方法构建了从岩体破裂到滑坡成灾的全过程演化序列,为近断层地震动诱发滑坡的动力灾变分析提供了创新性分析方法体系,并为复杂地质条件下滑坡机制的识别及地震灾害的防控提供了理论依据与技术支持。
