座落体灾变数值模拟：西部水电滑坡灾变演化技术

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：本次数值模拟的斜坡规模较大，而实际调查测得的岩体层面及节理面的间距均在0.1～1m的范围。表4.7-1岩块参数选取表表4.7-2结构面参数选取表4.7.3.4座落体整体变形演化过程分析河谷第一次下切模拟结果分析。

4.7.3.1　地质模型

为了验证上述斜坡变形演化过程的分析，以现在Ⅱ—Ⅱ＇号主剖面为依据，按照周围岸坡地形并结合该剖面的地形及坡体结构，对坡体演化前的地形进行了恢复与概化，恢复剖面的范围，前缘至河谷，后缘至山脊，整个地质模型的长度为100m。为了模拟座落体的变形演化机制，初始地形设为后缘山脊的高程恢复到100m，前缘河谷的高程恢复到46m，初始的斜坡坡角约为75°，经历了累积34m的河谷下切后河谷中心线的高程变为12m，从而通过此地形条件的改变来模拟座落体在整个河谷下切过程中的演化变形过程。

4.7.3.2　力学模型

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图4.7-2　计算模型

根据恢复斜坡演化前的地质模型，建立数值计算力学模型。数值分析采用3DEC（3 Distinct Element Code）程序，模拟过程仅考虑自重应力场按弹性力学模型计算。边界条件采取左、右及底边三边垂直方向固定模式，建立的计算模型如图4.7-2所示。

模型中岩层的厚度设置为2m。根据对结构面的统计，正常基岩主要发育有两组结构面模即一组倾角为5°的层面及一组倾角为75°的节理面。因此模型主要考虑两组结构面，一组倾角为5°的层面，一组倾角为75°的节理面。同时，设置一组倾角为75°的卸荷裂隙便于计算。计算时，模拟过程仅考虑自重应力场影响，按弹性力学模型，结构面采用面接触的库伦滑移模型。模型被分割成44332个离散的块体。

4.7.3.3　参数选取

岩体的物理力学特性呈各向异性且极其复杂，在数值模拟的过程中通常需要对其进行工程近似，即对其物理力学特性进行简化，抓住问题的主要方面，忽落次要的方面常常是工程中处理问题的方法。

因此本次数值分析过程中采用了以下方法对岩体的物理力学特性参数进行简化处理：

（1）选取优势的结构面。由于本次模拟采用的是二维分析，因此选取了两组对岩体力学特性起主要作用的优势结构面，一组是岩体的层面，另一组为与层面大角度相交的节理面。

（2）调整层面参数来对岩层进行归并，减小结构面的数量。本次数值模拟的斜坡规模较大，而实际调查测得的岩体层面及节理面的间距均在0.1～1m的范围。为减小结构面的数量简化计算，分别将岩体层面及节理面的间距调整为2m、3m。层理理面的倾角取5°，节理面倾角与层理面大角度相交。因此岩块的强度参数必须进行相应的弱化才能模拟相似到更加真实的地质条件。

（3）岩性的简化。由于白云岩与白云质灰岩的岩性相近，因此将白云岩与白云质灰岩的岩性简化为纯白云岩构造。

表4.7-1和表4.7-2为根据经验法、工程类比法以及反演分析等方法简化调整而得到的岩体物理力学参数。

表4.7-1　岩块参数选取表

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