離散單元法在滑坡危險范圍預測中的應用
2014-09-04 20:55:57陳偉
環球人文地理·評論版 2014年6期
作者簡介：陳偉（1979–），男，博士，主要從事地質災害防災減災方面的研究。
摘要：滑坡是我國山區城鎮建設中危害較大的一種地質災害，本文在綜合分析滑坡危險范圍預測方法的基礎上，提出了離散單元法的滑坡危險范圍的預測方法，并結合實例進行分析，利用離散元軟件模擬滑坡運動過程，進一步確定滑坡影響范圍。
關鍵詞：滑坡；離散單元法；危險范圍；數值模擬
1 選題背景
滑坡是我國一種常見的地質災害，因其具有突發性、隱蔽性、分布范圍廣等特點，每年都造成了數以億計的財產損失，嚴重地制約著我國經濟的可持續發展和建設和諧社會。受到極端天氣、復雜的地形地貌、脆弱的地質環境等因素的影響，加上日益加劇的人類工程活動，我國近年來大型滑坡災害發生的頻率和規模呈現明顯的上升趨勢[1]。針對滑坡的危險范圍開展預測分析一直是滑坡研究中的熱點和難點問題，此項工作也對滑坡防災減災工作有著重要的積極意義。
2 離散單元法
離散單元法（Discrete Element Method，DEM）于1971年由P.Cundall提出，并于20世紀80年代中期引入我國。目前，在地質、水利、交通、隧道、采礦工程中得到了較為廣泛的應用。最初發展的離散單元法僅限于剛性塊體，20世紀70年代末期，人們開始將塊體考慮成可變形的，其中有Cundall（1978）的SDE方法，即簡單變形單元。它是很實用的，并在UDEC及改進的SDEM程序中使用，這種方法進一步發展成為以顯式有限差分方程為基礎的完全變形單元（Fully Deformable Distinct Element）。完全變形單元是基于有限單元法的思想提出的（J.Ghaboussi，1988），每個塊體用三個四邊形有限單元來模擬，其分析方法類似于一個標準的非線性有限單元分析。它與有限單元法的主要區別在于用相鄰塊體的接觸模型代替相鄰單元的連續條件。至此，離散單元法基本上具備了有限單元法及有限差分法的主要優點，而又能分析塊體的運動[2]。因此，得到了巖土界的廣泛應用[3] [4] [5] [6]。
3 滑坡實例研究
3.1滑坡特征
該滑坡位于大金河左岸，緊鄰大金河與大渡河交匯處，滑坡前緣高程約1860m，坡體后緣高程約2235m，高差約375m。滑坡體為典型的圈椅狀地形，順河向長度約460m，垂直河向長度約760m。根據鉆探及探槽揭露，滑坡體縱向上呈中間后，前緣及后緣薄的厚度特征，滑坡體中部最大厚度約65m，整個滑坡體平均厚度約30m，整個方量約480萬立方，根據相關規范，該滑坡屬于深厚堆積層滑坡。
根據鉆探以及野外實地調查，滑坡體主要物質組成為碎塊石土，成因為后緣崩塌及滑坡堆積物，塊石間具有明顯架空特征，鉆探時常出現掉鉆、漏漿等現象。滑床為志留系茂縣群巖組石榴二英片巖。滑面為堆積體-基巖界面，滑帶土為灰黑色碎石角礫。
該滑坡變形跡象非常顯著，主要集中在滑坡體前緣N側，，滑坡體前緣房屋、街道路面、簡易擋墻等多處構筑物均出現明顯的受損破壞，滑坡前緣老紅軍橋也出現強烈的擠壓變形跡象，橋面已多處隆起，最大隆起量可達1m[7]。
3.2離散單元法在滑坡危害范圍評價預測中的應用
本文提出利用離散單元法來針對滑坡失穩、運動及停止堆積整個過程進行數值模擬，最終得出滑坡的危害范圍。結合工程實例，建立離散單元模型，該模型長度約1270m，高約520m，共計53752個離散單元：根據離散元數值模擬結果，該滑坡失穩后，將沿坡體前緣滑面剪出，并向前緣推移，經過加速運動過程后，滑體速度降低并最終停止。通過數值模擬，并結合滑坡側緣邊界的野外調查，該滑坡失穩后影響范圍約0.29km2，并對前緣大金河有推擠壓迫的影響。
4. 結論
1. 滑坡災害在我國呈高發、頻發的態勢，并給人民群眾的生命以及財產安全帶來了嚴重威脅，針對滑坡的危險范圍進行預測分析對滑坡防災減災工作有著重要的積極意義。
2. 離散單元法利用相鄰塊體的接觸模型代替相鄰單元的連續條件，是分析滑坡大變形、塊體運動的有力工具。
3. 在暴雨工況下，滑坡體失穩后其前緣及兩側共計0.29 km2為直接危險范圍，并且，根據數值模擬結果，滑坡體對前緣主河大金河有可能造成局部堵塞。
滑坡是我國主要地質災害類型，針對滑坡的危險范圍進行分析預測是防災減災中有效的一項工作。本文提出利用離散元數值模擬方法應用于滑坡危險范圍預測研究中，通過結合實例，進行滑坡失穩、運移、停止堆積整個動力過程的模擬仿真，結果科學直觀，此技術方法及分析思路可推廣應用于其他滑坡危險性評價中。
參考文獻
[1] 肖進.重大滑坡災害應急處置理論與實踐[D]. 成都理工大學， 2009： 1-2.
[2] 劉漢東等編著.巖土工程數值計算方法.黃河水利出版社，2011.10.71-73.
[3] 卓家壽. 離散單元法的基本原理、方法及應用[J]. 河海科技進展， 1993， 6： 1-11.
[4] 吳勇，李自停. 四川省溪口滑坡運動特征的離散元模擬[J]. 山地研究， 1997， 3： 197-200.
[5] 王泳嘉，刑紀波. 離散單元法同拉格朗日元法及其在巖土力學中的應用[J]. 巖土力學， 1995， 6： 1-14.
[6] 尚岳全等. 工程地質研究中的數值分析方法[M]. 成都：成都科技大學出版杜， 1991： 207-228
[7] 四川省甘孜州丹巴縣紅軍橋2#滑坡勘查報告. 成都理工大學， 2006： 22-31.endprint
作者簡介：陳偉（1979–），男，博士，主要從事地質災害防災減災方面的研究。
摘要：滑坡是我國山區城鎮建設中危害較大的一種地質災害，本文在綜合分析滑坡危險范圍預測方法的基礎上，提出了離散單元法的滑坡危險范圍的預測方法，并結合實例進行分析，利用離散元軟件模擬滑坡運動過程，進一步確定滑坡影響范圍。
關鍵詞：滑坡；離散單元法；危險范圍；數值模擬
1 選題背景
滑坡是我國一種常見的地質災害，因其具有突發性、隱蔽性、分布范圍廣等特點，每年都造成了數以億計的財產損失，嚴重地制約著我國經濟的可持續發展和建設和諧社會。受到極端天氣、復雜的地形地貌、脆弱的地質環境等因素的影響，加上日益加劇的人類工程活動，我國近年來大型滑坡災害發生的頻率和規模呈現明顯的上升趨勢[1]。針對滑坡的危險范圍開展預測分析一直是滑坡研究中的熱點和難點問題，此項工作也對滑坡防災減災工作有著重要的積極意義。
2 離散單元法
離散單元法（Discrete Element Method，DEM）于1971年由P.Cundall提出，并于20世紀80年代中期引入我國。目前，在地質、水利、交通、隧道、采礦工程中得到了較為廣泛的應用。最初發展的離散單元法僅限于剛性塊體，20世紀70年代末期，人們開始將塊體考慮成可變形的，其中有Cundall（1978）的SDE方法，即簡單變形單元。它是很實用的，并在UDEC及改進的SDEM程序中使用，這種方法進一步發展成為以顯式有限差分方程為基礎的完全變形單元（Fully Deformable Distinct Element）。完全變形單元是基于有限單元法的思想提出的（J.Ghaboussi，1988），每個塊體用三個四邊形有限單元來模擬，其分析方法類似于一個標準的非線性有限單元分析。它與有限單元法的主要區別在于用相鄰塊體的接觸模型代替相鄰單元的連續條件。至此，離散單元法基本上具備了有限單元法及有限差分法的主要優點，而又能分析塊體的運動[2]。因此，得到了巖土界的廣泛應用[3] [4] [5] [6]。
3 滑坡實例研究
3.1滑坡特征
該滑坡位于大金河左岸，緊鄰大金河與大渡河交匯處，滑坡前緣高程約1860m，坡體后緣高程約2235m，高差約375m。滑坡體為典型的圈椅狀地形，順河向長度約460m，垂直河向長度約760m。根據鉆探及探槽揭露，滑坡體縱向上呈中間后，前緣及后緣薄的厚度特征，滑坡體中部最大厚度約65m，整個滑坡體平均厚度約30m，整個方量約480萬立方，根據相關規范，該滑坡屬于深厚堆積層滑坡。
根據鉆探以及野外實地調查，滑坡體主要物質組成為碎塊石土，成因為后緣崩塌及滑坡堆積物，塊石間具有明顯架空特征，鉆探時常出現掉鉆、漏漿等現象。滑床為志留系茂縣群巖組石榴二英片巖。滑面為堆積體-基巖界面，滑帶土為灰黑色碎石角礫。
該滑坡變形跡象非常顯著，主要集中在滑坡體前緣N側，，滑坡體前緣房屋、街道路面、簡易擋墻等多處構筑物均出現明顯的受損破壞，滑坡前緣老紅軍橋也出現強烈的擠壓變形跡象，橋面已多處隆起，最大隆起量可達1m[7]。
3.2離散單元法在滑坡危害范圍評價預測中的應用
本文提出利用離散單元法來針對滑坡失穩、運動及停止堆積整個過程進行數值模擬，最終得出滑坡的危害范圍。結合工程實例，建立離散單元模型，該模型長度約1270m，高約520m，共計53752個離散單元：根據離散元數值模擬結果，該滑坡失穩后，將沿坡體前緣滑面剪出，并向前緣推移，經過加速運動過程后，滑體速度降低并最終停止。通過數值模擬，并結合滑坡側緣邊界的野外調查，該滑坡失穩后影響范圍約0.29km2，并對前緣大金河有推擠壓迫的影響。
4. 結論
1. 滑坡災害在我國呈高發、頻發的態勢，并給人民群眾的生命以及財產安全帶來了嚴重威脅，針對滑坡的危險范圍進行預測分析對滑坡防災減災工作有著重要的積極意義。
2. 離散單元法利用相鄰塊體的接觸模型代替相鄰單元的連續條件，是分析滑坡大變形、塊體運動的有力工具。
3. 在暴雨工況下，滑坡體失穩后其前緣及兩側共計0.29 km2為直接危險范圍，并且，根據數值模擬結果，滑坡體對前緣主河大金河有可能造成局部堵塞。
滑坡是我國主要地質災害類型，針對滑坡的危險范圍進行分析預測是防災減災中有效的一項工作。本文提出利用離散元數值模擬方法應用于滑坡危險范圍預測研究中，通過結合實例，進行滑坡失穩、運移、停止堆積整個動力過程的模擬仿真，結果科學直觀，此技術方法及分析思路可推廣應用于其他滑坡危險性評價中。
參考文獻
[1] 肖進.重大滑坡災害應急處置理論與實踐[D]. 成都理工大學， 2009： 1-2.
[2] 劉漢東等編著.巖土工程數值計算方法.黃河水利出版社，2011.10.71-73.
[3] 卓家壽. 離散單元法的基本原理、方法及應用[J]. 河海科技進展， 1993， 6： 1-11.
[4] 吳勇，李自停. 四川省溪口滑坡運動特征的離散元模擬[J]. 山地研究， 1997， 3： 197-200.
[5] 王泳嘉，刑紀波. 離散單元法同拉格朗日元法及其在巖土力學中的應用[J]. 巖土力學， 1995， 6： 1-14.
[6] 尚岳全等. 工程地質研究中的數值分析方法[M]. 成都：成都科技大學出版杜， 1991： 207-228
[7] 四川省甘孜州丹巴縣紅軍橋2#滑坡勘查報告. 成都理工大學， 2006： 22-31.endprint
作者簡介：陳偉（1979–），男，博士，主要從事地質災害防災減災方面的研究。
摘要：滑坡是我國山區城鎮建設中危害較大的一種地質災害，本文在綜合分析滑坡危險范圍預測方法的基礎上，提出了離散單元法的滑坡危險范圍的預測方法，并結合實例進行分析，利用離散元軟件模擬滑坡運動過程，進一步確定滑坡影響范圍。
關鍵詞：滑坡；離散單元法；危險范圍；數值模擬
1 選題背景
滑坡是我國一種常見的地質災害，因其具有突發性、隱蔽性、分布范圍廣等特點，每年都造成了數以億計的財產損失，嚴重地制約著我國經濟的可持續發展和建設和諧社會。受到極端天氣、復雜的地形地貌、脆弱的地質環境等因素的影響，加上日益加劇的人類工程活動，我國近年來大型滑坡災害發生的頻率和規模呈現明顯的上升趨勢[1]。針對滑坡的危險范圍開展預測分析一直是滑坡研究中的熱點和難點問題，此項工作也對滑坡防災減災工作有著重要的積極意義。
2 離散單元法
離散單元法（Discrete Element Method，DEM）于1971年由P.Cundall提出，并于20世紀80年代中期引入我國。目前，在地質、水利、交通、隧道、采礦工程中得到了較為廣泛的應用。最初發展的離散單元法僅限于剛性塊體，20世紀70年代末期，人們開始將塊體考慮成可變形的，其中有Cundall（1978）的SDE方法，即簡單變形單元。它是很實用的，并在UDEC及改進的SDEM程序中使用，這種方法進一步發展成為以顯式有限差分方程為基礎的完全變形單元（Fully Deformable Distinct Element）。完全變形單元是基于有限單元法的思想提出的（J.Ghaboussi，1988），每個塊體用三個四邊形有限單元來模擬，其分析方法類似于一個標準的非線性有限單元分析。它與有限單元法的主要區別在于用相鄰塊體的接觸模型代替相鄰單元的連續條件。至此，離散單元法基本上具備了有限單元法及有限差分法的主要優點，而又能分析塊體的運動[2]。因此，得到了巖土界的廣泛應用[3] [4] [5] [6]。
3 滑坡實例研究
3.1滑坡特征
該滑坡位于大金河左岸，緊鄰大金河與大渡河交匯處，滑坡前緣高程約1860m，坡體后緣高程約2235m，高差約375m。滑坡體為典型的圈椅狀地形，順河向長度約460m，垂直河向長度約760m。根據鉆探及探槽揭露，滑坡體縱向上呈中間后，前緣及后緣薄的厚度特征，滑坡體中部最大厚度約65m，整個滑坡體平均厚度約30m，整個方量約480萬立方，根據相關規范，該滑坡屬于深厚堆積層滑坡。
根據鉆探以及野外實地調查，滑坡體主要物質組成為碎塊石土，成因為后緣崩塌及滑坡堆積物，塊石間具有明顯架空特征，鉆探時常出現掉鉆、漏漿等現象。滑床為志留系茂縣群巖組石榴二英片巖。滑面為堆積體-基巖界面，滑帶土為灰黑色碎石角礫。
該滑坡變形跡象非常顯著，主要集中在滑坡體前緣N側，，滑坡體前緣房屋、街道路面、簡易擋墻等多處構筑物均出現明顯的受損破壞，滑坡前緣老紅軍橋也出現強烈的擠壓變形跡象，橋面已多處隆起，最大隆起量可達1m[7]。
3.2離散單元法在滑坡危害范圍評價預測中的應用
本文提出利用離散單元法來針對滑坡失穩、運動及停止堆積整個過程進行數值模擬，最終得出滑坡的危害范圍。結合工程實例，建立離散單元模型，該模型長度約1270m，高約520m，共計53752個離散單元：根據離散元數值模擬結果，該滑坡失穩后，將沿坡體前緣滑面剪出，并向前緣推移，經過加速運動過程后，滑體速度降低并最終停止。通過數值模擬，并結合滑坡側緣邊界的野外調查，該滑坡失穩后影響范圍約0.29km2，并對前緣大金河有推擠壓迫的影響。
4. 結論
1. 滑坡災害在我國呈高發、頻發的態勢，并給人民群眾的生命以及財產安全帶來了嚴重威脅，針對滑坡的危險范圍進行預測分析對滑坡防災減災工作有著重要的積極意義。
2. 離散單元法利用相鄰塊體的接觸模型代替相鄰單元的連續條件，是分析滑坡大變形、塊體運動的有力工具。
3. 在暴雨工況下，滑坡體失穩后其前緣及兩側共計0.29 km2為直接危險范圍，并且，根據數值模擬結果，滑坡體對前緣主河大金河有可能造成局部堵塞。
滑坡是我國主要地質災害類型，針對滑坡的危險范圍進行分析預測是防災減災中有效的一項工作。本文提出利用離散元數值模擬方法應用于滑坡危險范圍預測研究中，通過結合實例，進行滑坡失穩、運移、停止堆積整個動力過程的模擬仿真，結果科學直觀，此技術方法及分析思路可推廣應用于其他滑坡危險性評價中。
參考文獻
[1] 肖進.重大滑坡災害應急處置理論與實踐[D]. 成都理工大學， 2009： 1-2.
[2] 劉漢東等編著.巖土工程數值計算方法.黃河水利出版社，2011.10.71-73.
[3] 卓家壽. 離散單元法的基本原理、方法及應用[J]. 河海科技進展， 1993， 6： 1-11.
[4] 吳勇，李自停. 四川省溪口滑坡運動特征的離散元模擬[J]. 山地研究， 1997， 3： 197-200.
[5] 王泳嘉，刑紀波. 離散單元法同拉格朗日元法及其在巖土力學中的應用[J]. 巖土力學， 1995， 6： 1-14.
[6] 尚岳全等. 工程地質研究中的數值分析方法[M]. 成都：成都科技大學出版杜， 1991： 207-228
[7] 四川省甘孜州丹巴縣紅軍橋2#滑坡勘查報告. 成都理工大學， 2006： 22-31.endprint
