黄土泥岩接触面滑移机理的数值模拟.pdf

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1、内蒙古工业大学学报JoURNALOFINNERMONGOLIA第33卷第2期UNIVERSITYOFTECHN0LOGYVo1．33No．22014文章编号：1001—5167(2014)02—0010—05黄土泥岩接触面滑移机理的数值模拟刘传成，李驰，郑程波，姚德(1．内蒙古工业大学土木工程学院，呼和浩特010051；2．内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特010051)摘要：以晋陕蒙接壤区黄土泥岩接触地带滑坡为工程研究背景，分析研究黄土泥岩接触面的滑坡机理。研究方法主要是室内试验和FLAC2D数值模拟。室内试验确定了黄土的基本物理力学参数，以及黄土泥岩接触面摩擦特性，通过FLA

2、C2D数值计算软件建模并对坡体稳定性进行数值模拟和分析，以接触面水平位移、剪应变及孔压发展等参数变化分析坡角、降雨以及人为活动引起的黄土泥岩接触面滑移机理。关键词：黄土泥岩接触面；滑移机理；坡体失稳；FLAC数值模拟中图分类号：TU444文献标识码：A0引言黄土滑坡是黄土地区最为严重的地质灾害之一。由于其发生具有突然性、频繁性和隐蔽性，对黄土滑坡的预测和治理带来了很大的困难口]。根据黄土滑坡的基本特征，以及不同的研究内容和目的，科研工作者把黄土滑坡进行了归类划分]。其中吴玮江、刘红玫等研究者按滑坡体的物质组成及滑动面的位置将黄土滑坡分为：黄土基岩接触面滑坡、黄土顺层滑坡、黄土层

3、内滑坡、黄土切层滑坡、黄土一基岩混合滑坡，这种分类方案是目前采用最多的滑坡基本分类方法之一[3]。本文是以内蒙古自治区清水河县黄土作为研究对象，通过FLAC2D数值计算及分析研究探讨黄土泥岩接触面地带的滑坡机理，为今后类似滑坡的空间预测和工程防治提供理论依据。1数值模型的建立1．1数值计算模型坡体模型的上顶宽16m，下底宽61～74m，上覆黄土层的厚度2．5m，高8～21m，坡长50m，坡脚的变化范围10~25。；边界条件为底部水平，X和Y方向全部约束，垂直边界设X方向约束，顶面和坡面为自由边界。黄土泥岩接触面上各节点距离原点的距离称为坡面距。建模示意图如图1所示。接触面为库伦

4、摩擦接触，以接触面坡脚处为坐标轴原点，水平为X轴，垂直为Y轴。黄土泥岩接触面上各节点距离原点的距离为坡面距，以此确定坡面各个节点在接触面上的位置(各节点的坡面距等于FLAC数值模型中界面处的单元格边长)。数值模拟结果中，位移为正表示方向朝向土坡，为负表示方向背离土坡向外。收稿日期：2014—03—02作者简介：刘传成(1984一)，男，山东桓台县人，在读硕士研究生，研究方向：岩土工程。基金项目：内蒙古自然科学基金重大项目(ZD0602)。134内蒙古工业大学学报E^I【x】、图1模型及边界条件鲫∞黔Fig1．Themodelandtheboundaryconditions1．2

5、数值计算参数的确定与计算数值模拟计算中，取黄土含水率为1l％，其他相关参数如表1，2Ⅲ所示：表1数值模拟计算相关参数Table1ParametersofNumericalsimulation表2接触面参数Table2Parametersofinterface2数值模拟计算结果及分析在绘制曲线图时，以接触面坡脚处为坐标轴原点，水平为x轴，垂直为Y轴。数值模拟结果中，位移为正表示方向朝向土坡，为负表示背离土坡向外。2．1只改变坡角的情况下数值模拟结果及分析其他条件不变，选取坡度1O。、15。、2O。、25。分别进行数值计算，其接触面水平位移曲线如图2所示：t口2口D帅5O洼：2_瞳

6、毫木单位芬簟小t僦曙青的蠡线i歪，l_图2接触面水平位移曲线Fig．2Curveofthetotalhorizontaldisplacementoftheinterface随坡角的增大，平面点的水平位移也随之增大；且坡角大的位移增长率快；就同一坡角而言，位移从坡脚向坡顶递增。故可以推测坡脚处是坡体阻力的主要承受者。界面处剪应变曲线如图3所示：第2期刘传成等黄土泥岩接触面滑移机理的数值模拟135Ee=一—制捌嘲山《ljIxvj

7、

8、删坦协翟辱422l525o1Io雌口曹。薯歪，一图3界面处剪应变曲线Fig．3Shearstraincurveoftheinterface随坡角参数的增

9、大，界面处剪应变也随之增加。整个黄土层的中部受力比较均匀，在坡面矩大概4m位置的范围内逐渐增加，并且出现了最大值，是坡体最容易出现断裂的危险点。2．2坡体角度为l5。，只改变降雨强度参数下的数值模拟结果及分析以15。坡为例，选取降雨强度为小雨(雨强1．0×10_。m／s)、中雨(雨强2．9×10_。m／s)、大雨(雨强5．8×10m／s)和暴雨(雨强1．2×10m／s)分别进行数值计算，其界面处降雨引起的水平位移曲线如图4所示：olo唾Ol5Di叠y一图4界面处降雨引起的水平位移曲线Fig．