基于μ(Ⅰ)颗粒流本构关系的高速远程滑坡模拟方法研究
高速滑坡动力学机理的研究1
同济大学博士后学位论文高速滑坡动力学机理的研究姓名：邢爱国申请学位级别：博士后专业：岩土工程指导教师：高广运20030601丹湃大学博士后研完工作报告高速滑坡动力学机理的研究邢ｔ因摘要高速滑坡是世界范围的问题。
高速滑坡能量人、速度快、滑程远，往往会给周同带来灾难性的斤果。
因此．高速滑坡形成机理及其动力学的研究成果无论是在基础研究方面，还娃在廊ｊ＿｝｛基础研究方面均属国内外滑坡研究的前沿课题。
本文基于流体动力学的观点，对高速滑坡的动力学机理进行了系统地研究．主要研究上作如Ｆ：１．按高速滑坡滑坡括动的时间和空间，划分为启程、近程和远程三个相互联系的活动阶段。
启程活动阶段滑坡体以高速滑动为主，近程话动阶段以凌空高速飞行为主，远穰活动阶段划以高速碎屑流运动为主。
因此，各个活动阶段都有各自不同的流体动力学现象。
２，系统地研究了不同试验条件下玄武岩表面摩擦系数的变化规律，探讨了玄武岩摩擦表面特性、滑动速度、法向压力等因素对摩擦系数的影响，取得了系统试验成果及不同情况卜＿相应的拟合方程式，为研究滑坡启程活动阶段剧滑高速机理提供了很有价值的依据。
３．详细地研究了高速滑坡启程活动阶段滑面瞬态温度场的变化规律，导出了滑面温度变化的方程式。
计算了头寨滑坡启程活动阶段由于强烈地高速摩擦产生热量的传导深度．进一步对头寨沟滑坡启程活动阶段滑带孔隙水汽化效应进行了研究。
４．首次采用理论分析和试验研究相结合的方法．系统地研究了高速滑坡近程活动阶段凌空Ｅ行的空气动力学效应。
在风洞模型试验研究的基础上。
提出了考虑地面效应时，高速滑体凌空ｂ行时间和飞行距离的计算公式。
５．研究发现远程活动阶高速滑坡的滑体都毫无例外的从有一定结构的岩体转变为流体化的湿碎屑流或干碎屑流。
湿碎屑流和干碎屑流都是二相流，而且是特殊的二相流。
高速运动的碎屑与空气二相混合体与周围空气之间产生复杂的空气动力学现象。
在滑体的前锋有高速运动的ｉ中击气浪，在碎屑流和地面之间有高速旋转向前的涡流作用，在高速运动的碎属颗粒之间还存在高速垂直向上流动的气流，使碎屑体的有效应力及其与地面之间的摩擦力显著降低。
崩滑堰塞湖的形成-孕灾-致灾机理与模拟方法
[5,9]
“5·12” 汶川地震形成了 257 处崩滑堰塞湖
; 2008 年,
形成堰塞湖是指在滑坡或崩塌过程中,坡体物质在高速
岸并阻挡停积于河床上,从而堵塞河道 [ 18 - 19] 。
2. 2 堰塞体颗粒分布特征
目前,国内外对崩滑堰塞湖基本特性的研究主要集
,其中唐
中在堰塞湖事件的统计与类型识别、堰塞体的形态特征、
对下游公众生命财产和基础设施安全构成巨大威胁。
因此,快速地评估堰塞体的稳定性、准确地预测溃
震形成的堰塞体分为 3 类:第 1 类,堰塞体由于深部岩
体的滑塌导致,内部结构可分为 2 层或 3 层,底部由较
为完整的岩层构成,顶部为岩石碎屑和细颗粒土体,如
图 2 ( a) 所 示;第 2 类,堰 塞 体 由 边 坡 崩 塌 滑 落 的 石 块
美国地质调查局 Costa 和 Schuster 对全球 73 个堰
塞湖的寿命统计发 现 [ 1] ,85% 的 堰 塞 湖 寿 命 小 于 1 a。
我国学 者 Peng 和 Zhang
[ 7]
、石 振 明 等
[ 8]
、Shen 等
[]
也
dammed lakes around the world [ 4 - 5 ]
分别通过对全球 204,276 个和 352 个堰塞湖的寿命统
导因素,两种成因的堰塞湖约占总数的 90% 。
冲刷、渗透破 坏 或 边 坡 失 稳,其 中 89% 为 水 流 漫 顶 冲
是地震(50. 5% ) 、降 雨 (39. 3% ) 、融 雪 ( 2. 4% ) 、人 为
4. 7% 。 由此可以看出,地震和降雨是形成堰塞湖的主
92
人 民 长 江
牛眠沟地震滑坡碎屑化全过程离散元模拟
牛眠沟地震滑坡碎屑化全过程离散元模拟毕钰璋;付跃升;何思明;吴永【摘要】2008年5月12日,发生在中国四川省的Ms8.0级地震触发了牛眠沟特大滑坡事故,并引发了高速远程滑坡碎屑流.其滑坡碎屑流横向移动距离约3.0 km,滑坡总体积约7.5×106 m3.由于地震滑坡碎屑化过程的复杂性,国内外对此项灾害的研究成果较少.又由于其动力过程的规模巨大,室内试验无法还原灾害的动力全过程.因此本文以牛眠沟地震滑坡引发的碎屑流为研究对象,对其动力全过程进行了详细的研究.本文采用了2D离散元模型对牛眠沟滑坡进行了数值模拟,数值模型的建立是在二维颗粒单元粘结的基础上完成的,此模型还原了牛眠沟地震滑坡碎屑化动力全过程,对各过程的模拟结果进行了详尽的分析.并且揭示了不同的摩擦系数情况下滑坡特性,对其滑移范围和滑移规律进行了分析和讨论.结果显示,启动及碎屑化阶段的破坏程度受自由面影响较大,地震引发的动能则是影响凌空飞行阶段和堆积结果的主要原因,并推算出实地摩擦系数在0.2 ～0.3.其研究成果对今后类似的研究有一定的参考价值,并对致灾范围预测具有指导意义.【期刊名称】《中国地质灾害与防治学报》【年(卷),期】2015(026)003【总页数】9页(P17-25)【关键词】碎屑流;2D离散元;全过程;岩石边坡;颗粒流【作者】毕钰璋;付跃升;何思明;吴永【作者单位】福州大学紫金矿业学院,福建福州 350116;中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室,四川成都 610041;中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041;福州大学紫金矿业学院,福建福州 350116;中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室,四川成都 610041;中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041;中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室,四川成都610041;中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】P642.220 引言地震是引起地表大面积移动以及诱发大规模滑坡的主要因素，其引起滑坡的范围甚至可以达到100000 km2［1-2］，给国家经济以及人民财产安全造成重大损失，滑坡灾害在水利水电工程、矿业工程、交通工程等方面也存在很大隐患［3-6］，因而研究此类灾害有着深远的意义。
基于粒子群算法的滑坡强度参数反演分析
在反分析中, 加速常数取为: c1 = c2 = 2. 05, vm ax = 5。设置种群规模为 40。反演参数 的搜索 范围 c为 ( - 5, 30), U为 ( - 5, 50)。反演结果与 室内、室外 试验后推 荐使用 的参数 对比 如表 2。 由表 2可以看出, 粒子群算法反演边坡强度参数 与实际比较吻合。
[ - vmax, vmax ]; vm ax是常数; j= 1, 2, ,为迭代次数。
2 边坡强度参数反分析的粒子群优化算法
强度参数反演具体实施步骤为 [ 4 ] : ( 1)初始化一个粒子群, 即 随机产生各粒子
收稿日期: 2007- 08- 21 作者简介: 张显 ( 1981- ), 男, 安徽涡阳市人, 硕士研究生, 主要研究方向为地质灾 害防治与预测。
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盐城工学院学报 (自然科学版 )
第 21卷
的初始位置和速度。在整个反分析问题参数求解
空间范围内随机产生一定数量的粒子群体, 形成
初始粒子群体, 这个过程相当于把一定数量的粒
子随机的散布在整个问题求解空间中, 这样一个 粒子的位置则对应于求解空间的一个点。并给每
个粒子个体赋初始位置和速度。
张显
(河海大学 土木工程学院, 江苏 南京 210098)
摘要: 介绍了一种全局最优化算法 ) ) ) 粒子群算法, 并把该算法应用到滑坡强度参数反演分析
中。实例表明, 该方法是一种有效的工程分析方法, 具有现实的工程意义。
关键词: 粒子群算法; 反演; 强度参数
中图分类号: TU 12 文献标识码: A
第 21卷 第 1期 2008年 03月
平面滑动型涉水岩质滑坡速度计算模型研究
学方程 ，提 出了平面滑动型涉水岩质滑坡运动速度计算模型 。
关键词 ：涉水滑坡 ；速度 ；迎水面 ；水阻力 中 图分 类 号 ：Ｐ ４ ．２ ６２ ２ 文献 标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ８ １ ２ １ ）３—０２ ０ ００— １ｘ（ ０２ ０ ０ ２— ４
动 学方 程 ，提 出 了平 面 滑 动 型 涉 水 岩 质 滑 坡 运 动
０ 引 言
意大 利 瓦 依 昂滑 坡 事 件 之 后 ，滑 坡 速 度 计 算 和高 速 滑坡 的研 究 越 来 越 被 重 视 ，计 算 方 法 和 理 论 不断 发 展 ，其 滑 动 机 制 和计 算 模 型 为 热 点 和难 点 。牛 顿运 动 定 律 和能 量 方 法 为 最 基 本 滑 坡 速 度 计 算方 法 ¨ ２。Ｓ ｈｉｅｇ ｒ 用统 计 方 法得 出 了超 －］ ｃ ｅ ｇｅ 运 ｄ 大型滑 坡 滑 道 上 的平 均 摩 擦 系 数 和 滑坡 体 积 的 关 系 。无粘 性 颗 粒 流 说 、气 垫 层 说 、孔 隙气 压 力 说 、岩石熔 化说 等 多 种 学 说 被 提 出用 于 探 讨 高 速 远程 滑 坡 的动 力 学 机 理 ｊ 。块 体 冲击 性 碰 撞 模 型 、滑坡 过程 中 的 温 度 场 方 程 、灾 变链 式 理 论及 突滑 力 学模 型 ＿ 】 被用 于计 算 滑 坡 速 度 。胡 广 韬等 提 出 了 滑 体 势 动 转 化 加 速 效 应 、滑 床 气 垫 擎 托持 速 效 应 、滑 床 触 变 液 化 持 速 效 应 及 滑 程 碎 屑 流 持速 效应 等 四种 滑坡 高 速 运 动 机 理 ¨ ；程谦 恭 、胡 厚 田、彭 建 兵 、胡 广 韬 、方 华 、崔 鹏 等 详 细研究 了 剧 冲 式 及 汶 川 地 震 大 型 高 速 滑坡 失 稳 剧 动 、高速 飞行 和 碰撞 解 体 动 力 学 机 理 ¨ ；胡 厚 田、刘 涌江 等 对 高 速 远 程 滑 坡 的流 体 动力 学 理 论 进 行 了系 统 研 究 ，并 用 二 相 流 理 论 对 远 程 碎 屑 流 运动进 行 了分 析 ，构 建 了大 型 高 速 远 程 滑 坡 流 体 动力学 的理论研 究体 系 ¨ 。 水库 库 岸 有 大 量 的 滑 坡 涉 水 ，其 失 稳 后 的运 动速 度 的一 个 重 要 影 响 因素 是 水 阻力 ，前 人 成 果 对涉 水滑 坡 速度 计 算 方 面 研 究 甚 少 。本 文 基 于块 体水 下运 动 阻 力 实 验 ，分 析 了探 讨 了水 下 运 动 块 体迎 水 面 的水 阻力 计 算 模 型 ，并 以 平 面 滑 动 型 涉 水 岩质滑 坡 为模 型 ，结 合 滑 坡 运 动 的 动 力 学 和运
不畏道阻且长 守护山地安全
不畏道阻且长守护山地安全作者：暂无来源：《科学中国人》 2018年第16期作为一个山地大国，山洪、泥石流、滑坡、堰塞湖等山地灾害严重阻碍着我国山区的建设与发展，成为山区安全保障的一块心病。
2008年汶川地震后山地灾害一次又一次地上演给人们敲响了科学防御的警钟，使人们痛定思痛，山区防灾减灾已经成为我国必须高度重视的问题。
民之所望，士之所担。
以己之长，择世所需。
有这样一群科学家，在每一个山地灾害发生的现场，都会看到他们的身影。
他们把实验室建在了泥石流的源头、堰塞湖的坝上、滑坡体的脚下，他们把科研论文写在湍急汹涌的洪流之中，写在力挽狂澜的拦砂坝上，把科技成果应用在保障国民安全的建设之中。
36岁的中国科学院·水利部成都山地灾害与环境研究所（简称“成都山地所”）研究员周公旦，正是这些在泥石和洪水里，在寂寞和危险里坚持科研、砥砺前行的山地灾害研究者中的一员。
他曾掷地有声地说过：“或许我们不一定能亲手从废墟里救出多少人，但通过加强山地灾害的相关研究，我们用加倍的付出和科学的方法可以降低山地灾害的影响，让更多的人避免遭受山地灾害的威胁，这是我们作为科研人员不可推卸的责任与担当。
”“山地灾害学科是用来解决实际问题的”10年前，汶川地震发生的时候，周公旦还在香港读博士。
自小在江南农村的小桥流水环境里长大的他，直言在上大学之前甚至没有见过真正意义上的高山，更没有想到以后会去从事山地灾害的研究工作。
不过阴差阳错，学习土木工程的周公旦本科毕业之后前往香港科技大学继续深造，师从国际土力学与岩土工程学会主席吴宏伟教授。
在导师的启蒙下，他开始从事泥石流动力学方面的研究，也就此与山地灾害研究结下了不解之缘。
“香港是个国际大都市，山地面积比较多，人口非常密集，即使很小规模的滑坡或者泥石流也会对社会造成巨大的冲击和影响。
”周公旦解释道，“所以香港非常重视山地灾害的防治，研究水平比较高。
”香港科技大学开明、自由、国际化的学风以及吴宏伟教授精益求精、严谨踏实的治学态度都对年轻的周公旦产生了深远的影响。
贵州省水城县“7·23”灾难性滑坡形成机制研究
VoU 06 Na. 6Dvo• 0026第29卷第6期2620年12月自然灾害学报JOURNAL OF NATURAL DISASTERS 文章编号：1205 -4574(2020)06 -0183 -11DOS 10.13577/j. jnd. 2020.0620贵州省水城县“7・23”灾难性滑坡形成机制研究李 华5史文兵°2,朱要强3,彭雄武2I 1贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳550025； 2.贵州大学教育部喀斯特地质资源与环境重点实验室，贵州贵阳550025；3.贵州省地质环境监测院，贵州贵阳556001 )摘 要：2419年7月53日50时24分,贵州省水城县鸡场镇发生灾难性山体滑坡，造成50幢房屋被 埋、43人遇难、9人失联。
查明该滑坡的特征和形成机制,是解决此类灾难性滑坡早期识别问题的关 键。
本文采用野外调查和数值分析等手段，在分析了滑坡基本特征和滑坡体结构的基础上，计算公 路切坡和持续强降雨因素对滑坡稳定性的影响，进而探讨其形成机制。
研究表明：水城滑坡为高速 远程滑坡-碎屑流，分为滑源区、铲刮-堆积混合区和主堆积区;滑坡孕育地质体为玄武岩强-全风化 层和部分中风化玄武岩,其特殊岩土结构是滑坡发生的内在因素;强降雨和公路切坡为滑坡的关键 诱发因素;滑坡主要为强风化层整体失稳，同时存在岩质锁固段的被剪切破坏,为岩土复合型滑坡， 其突发性体现为岩质锁固段的突然剪断;滑坡启动机制为滑源区上部牵引滑动-下部推移剧滑。
关键词:水城滑坡;高速远程;碎屑流;成因机制;稳定性;降雨中图分类号:P625.0； X43； X9 文献标志码:AStudy on the formation mechanism of "4 • 63" catastrophic landslidein Shuicheng County , Guizhou Provinca , ChiosLI Hun 0, SH Wending 0'2, ZHU Yaoqiang 9 ,PENG Xion-wu 2(1. Resonucs and Environmeotai Engineering DepaUmeoW Guizhou Univeuity , Guiyang 556025 , China ; 2. Key Laboratonof Karst Georesources and EdvbcdmeoW Ministn of Eyncation , Guizhou University, Guiyang 559025 , China ;3. Guizhou Geoloaicai Enviunmeot MonitoUng Institute , Guiyang 559001 , China)AbstrocC : At 21： 26 on Juiy 08 , 2010, n catastronPle landslide occurreh in Jichany Town , SSuicheny Connta , Guizhou Provinca , Chinn, which cunseh 61 houses buUeh , 58 peoniv killeh , and 9 peopiv missiny. Ta reveai the characteUsticr and cunsvs of the landslide is the deg to ucopniza the evUy identification of hmhfsh and catastropPle landslide. Baseh on tmU investigation and numeUcut analysis , il analyzes the basic characteUsticr and the geotechf nicut stuictura of the landslide. Furtheunora , il explous the impaci of highwya rach cuis and hevyy rainfalt on the stability of the landslide yccoiUmh to the finiiv elemeni nnmeUcut culculation. Finalta , b explores founation muhyt nism of SSuicheny landslide. The reseorch shows thbi SSuicheny landsUda is n dind of hmh ・spuh and lony-uinoni landsling-fenUs tow, which is divideh into sourca areo, scrabiny-uccumulation mixeh areo and main yccumulation zone. The aeglonicut boUivs of the landslide am strony-completeta weathereh lnyas of basati and paU of moUerateta weathereh layas of Basati. Ns spaciat 9)1:)011X0- strnctura is the inteuat fnctas fas 1x 1030X0。
《基于北斗和物联网的滑坡监测系统关键技术研究》范文
《基于北斗和物联网的滑坡监测系统关键技术研究》篇一一、引言随着科技的进步和社会的快速发展，地质灾害频发，其中滑坡作为一种常见的地质灾害，给人们的生命财产安全带来了严重威胁。
为了有效预防和减少滑坡灾害带来的损失，基于北斗和物联网的滑坡监测系统应运而生。
该系统利用北斗卫星定位技术和物联网技术，实现对滑坡的实时监测和预警，为地质灾害防治提供了新的手段。
本文将重点研究基于北斗和物联网的滑坡监测系统的关键技术。
二、北斗技术及其在滑坡监测中的应用北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统，具有高精度、高可靠性的特点。
在滑坡监测中，北斗技术主要用于实时获取滑坡体的位置、形变等信息。
通过北斗定位技术，可以实现对滑坡体的精确监测，为后续的数据分析和预警提供支持。
1. 北斗定位原理及优势北斗定位技术利用卫星信号实现定位，具有高精度、全天候、全球覆盖等优势。
在滑坡监测中，北斗定位技术可以实时获取滑坡体的位置信息，为后续的数据分析和处理提供基础。
2. 北斗在滑坡监测中的应用在滑坡监测中，通过在滑坡体上布置北斗定位终端，实时获取滑坡体的位置、形变等信息。
同时，结合物联网技术，将数据传输至数据中心进行分析和处理，实现对滑坡的实时监测和预警。
三、物联网技术在滑坡监测中的应用物联网技术是实现滑坡监测系统智能化的关键。
通过将传感器、网络通信等技术应用于滑坡监测，实现对滑坡的实时监测和预警。
1. 物联网技术原理及特点物联网技术通过将各种传感器、设备等物品通过网络连接起来，实现信息的实时传输和共享。
在滑坡监测中，物联网技术可以实现数据的实时采集、传输和处理，为后续的预警和决策提供支持。
2. 物联网在滑坡监测中的应用在滑坡监测系统中，物联网技术主要用于实现数据的实时采集、传输和处理。
通过在滑坡体上布置传感器等设备，实时监测滑坡体的形变、湿度、温度等信息，并将数据通过无线网络传输至数据中心。
数据中心对数据进行处理和分析，实现对滑坡的实时监测和预警。
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基于μ(Ⅰ)颗粒流本构关系的高速远程滑坡模拟方法研究
高速远程滑坡是一种广泛分布于山区的自然灾害,具有较强破坏力,其波及
面积广、危害程度大。
合理有效的滑坡体运动模型可以用来对滑坡体的运动过程和影响区域进行预测,进而可以对滑坡灾害风险进行评价。
本研究基于连续体理论和μ(Ⅰ)颗粒流本构关系,考虑质量守恒和动量守恒,构造了描述滑坡体运动的控制方程,采用TVD-MacCormack差分格式开发计算程序,实现了对滑坡运动过程的模拟。
论文主要取得如下新成果:1.将μ(Ⅰ)颗粒流本构关系引入到滑坡体运动控制方程中,提出了MIC滑坡体运动模型。
该模型能较好体现滑坡体内部的本构关系,既能反映经典黏塑性流体的特性,又能合理描述颗粒体的摩擦特性。
通过对MIC模型、水动力学模型、S-H模型和DAN模型的对比分析,发现可以通过土压力系数的不同选择将其统一在同一个框
架中。
2.通过引入Von Mises准则、Drucker-Prager准则、Mohr-Coulomb准则、Matsuoka-Nakai准则等土的破坏准则,提出了基于土的破坏准则的广义摩擦系
数表达方法。
该方法可以将μ(Ⅰ)颗粒流本构关系中难以测定的物理参数转化为简单易知的材料强度参数,使MIC模型具有更广的适用性。
3.发展了基于整体坐标系的MIC滑坡体运动模型。
该模型以地理信息系统中的数值高程模型(DEM)作为地形输入数据,克服了传统基于局部曲线坐标系滑坡
体模型中倾角地形参数难以获取的缺点,使得自然地形上滑坡过程的模拟更为方便。
4.考虑滑坡体颗粒与水的相互作用,建立了颗粒体与水的MIC混合流动模型。
该模型能较好地体现水的体积率对滑坡运动的影响,可以用于泥石流等含水情况
下滑坡运动的模拟。
5.采用TVD-MacCormack差分格式对滑坡运动控制方程进行离散,开发了基于MIC模型的数值计算程序,实现了对滑坡运动过程的快速准确模拟。
采用开发的程序对实验室滑坡试验和自然滑坡实例进行数值模拟,验证了所建立模型和开发程序的有效性和实用性。