非连续变形方法研究及其在库岸滑坡灾害预测中的应用

我国西南地区拟建和在建的大型水电工程多位于深山峡谷之中，区域地质条件复杂，地震烈度高，外动力活跃条件下高陡库岸边坡的稳定性及其灾害预测已成为制约工程顺利进行和正常运营的关键技术难题。由于岩土工程一般不允许结构出现大的变形或失稳，以往的研究成果多集中在边坡灾变机理及其防治措施方面，对边坡的滑动过程和破坏后物理力学性状涉及甚少，因而不能对滑坡灾害预测及滑坡体的综合利用提供科学指导。本项目利用非连续变形方法(DDA)集真实时间模拟、非连续大变形分析和纯动力学计算于一体的优势，基于有限应变理论，实现单位分解有限元与DDA方法的内部耦合以提高其应力精度和模拟开裂，并采用离心模型试验对DDA的有效性进行验证。从而实现对边坡渐进失稳机理和破坏运动全过程的数值仿真，达到对滑坡的运动特征和破坏后性状进行定量评价的目的，为水电工程高陡库岸边坡的动力稳定性评价及灾害预测提供技术支撑。

有别于一般的山地、平原地区滑坡，大型库岸滑坡的危害不仅在于灾害本身，还包括其可能引发的重大次生灾害。传统的基于连续介质力学的分析方法由于其固有的局限性，不可能对具有典型的非连续大变形特征的滑坡全过程进行有效的模拟和分析。同时，由于岩土工程的特性——一般不允许结构出现大的变形或失稳，因此，以往的研究大多集中在岩体的强度、变形和稳定性分析评价以及维持岩体稳定的支护设计等方面，而对岩体结构的破坏过程以及破坏后的物理力学性态则涉及甚少。反映在边坡的稳定性研究方面，目前的成果大多集中于边坡的失稳机理和稳定性分析以及支护的设计与评价方面，而对于边坡的失稳运动过程以及破坏后的堆积形态及其物理力学特性则少有涉及，因而不能对滑坡灾害预测及滑坡体的综合利用提供科学指导。本项目利用非连续变形方法(DDA)集真实时间模拟、非连续大变形分析和纯动力学计算于一体的优势，基于有限应变理论，实现了单位分解有限元与DDA方法的内部耦合，从而提高了DDA块体的应力求解精度；并在此基础上实现了块体单元的开裂模拟。为了验证DDA方法模拟多块体系统的有效性，采用离心模型试验对多块体系统的不同破坏模式进行了对比研究。通过理论研究和程序编制，实现了对边坡渐进失稳机理和破坏运动全过程的数值仿真，并在实际工程中得到了初步的应用，达到对滑坡的运动特征和破坏后性状进行定量评价的目的，研究成果可为水电工程高陡库岸边坡的动力稳定性评价及灾害预测提供技术支撑。