岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2515-2526.doi: 10.16285/j.rsm.2024.0157

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基于物质点和深度积分耦合模型的滑坡数值分析

张伟1, 2,晏飞1, 2,王兆丰1, 2,李邵军1, 2   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071;2. 中国科学院大学,北京 100049
  • 收稿日期:2024-01-29 接受日期:2024-03-26 出版日期:2024-08-10 发布日期:2024-08-12
  • 通讯作者: 晏飞,男,1981年生,博士,研究员,主要从事岩石力学方面的数值计算研究。E-mail: fyan@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:张伟,女,1985年生,博士研究生,主要从事物质点法数值计算方面的研究。E-mail: zhangwei011406417@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 51879261)。

Numerical analysis of landslides based on coupling model of material point method and depth integral

ZHANG Wei1, 2, YAN Fei1, 2, WANG Zhao-feng1, 2, LI Shao-jun1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2024-01-29 Accepted:2024-03-26 Online:2024-08-10 Published:2024-08-12
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51879261).

摘要: 深度积分算法可将滑坡沿地表滑动的三维模型化简为二维模型进行求解,通过减少控制方程未知量的个数以提升求解效率。物质点法(material point method,MPM)具有无网格法和有网格法的双重优势,模拟滑坡大变形问题时可避免网格畸变现象。采用深度积分耦合物质点法建立滑坡数值模型,给出算法实现具体流程,基于影响域改进的物质点法(influence domain material point method,IDMPM),针对两个典型无倾角底面光滑和有倾角底面不光滑滑坡算例进行基准测试。在计算精度方面,深度积分耦合物质点法模型能较好地预测远端距离、流速、深度等滑移特征参数;在计算效率方面,与常规物质点法求解格式相比,深度积分耦合物质点法模型可大幅度提高运行效率。该研究成果可为滑坡地质灾害破坏范围的分析预测、危害评估、应急抢险提供有效理论依据和时间保障。

关键词: 深度积分, 物质点法, 滑坡, 大变形, 深度积分耦合物质点法

Abstract: The depth integration algorithm simplifies the three-dimensional model of landslide sliding along the surface to a two-dimensional model, enhancing solving efficiency by diminishing the number of unknowns in the governing equation. Material point method (MPM) has the advantages of both grid based method and meshless method, and can avoid mesh distortion when simulating large landslide deformation. A numerical model for landslides has been developed using the depth-integral coupled material point method, with a detailed description of the algorithm's specific process provided. Utilizing the influence domain material point method (IDMPM), two benchmark tests were conducted on typical landslide scenarios: one with a non-inclined, smooth bottom, and the other with an inclined, non-smooth slope. The depth integral coupled material point method model demonstrates high accuracy in predicting key slip parameters, including remote distance, velocity, and depth. In contrast to the conventional material point method, the depth integral coupled material point method model significantly enhances operational efficiency. Furthermore, the research outcomes offer a robust theoretical foundation and timely support for analyzing and predicting the extent of damage in landslide geological disasters, conducting hazard assessments, and facilitating emergency response.

Key words: depth integral, material point method, landslide, large deformation, depth integral coupled material point method

中图分类号: TU 452
[1] 杨爱武, 程姝晓, 梁振振, 华谦谦, 杨少朋. 高含水率吹填土大变形固结与流变叠加效应研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(7): 1977-1987.
[2] 董建华, 杨博, 田文通, 吴晓磊, 何鹏飞, 赵律华, 连博, . 新型防液化抗滑桩研发与地震响应振动台模型试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1084-1094.
[3] 周波翰, 张文利, 王栋. 球形贯入仪预测超固结土强度的数值研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1303-1309.
[4] 孙文超, 王君豪, 徐文杰, 董晓阳, 任禾, 王洪兵, 张学杰, 王恒威, . 基于物质点法的高速公路弃渣场稳定性及 灾害动力学分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 991-1000.
[5] 李培涛, 刘泉声, 朱元广, 高峰, 范利丹, . 煤矿深部巷道大变形分步联合控制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 591-612.
[6] 王学滨, 陈双印, 郑一方, 廖裴彬, . 考虑蠕变剪裂的拉格朗日元与离散元耦合方法及应用[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 613-624.
[7] 陈怀林, 杨涛, 饶云康, 张哲, 吴红刚, 谢江伟, 滕汉卿. 基于分段式滑面应力测试系统的滑面应力计算方法[J]. 岩土力学, 2025, 46(11): 3562-3573.
[8] 娄旭龙, 张泽瑞, 孔德琼, 陈星潮, 朱斌, . 深海重型管道管土相互作用大变形极限分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3234-3242.
[9] 钱法桥, 邓亚虹, 慕焕东, 杨楠, 刘凡, 王梦晨, . 基于小波变换和拟动力法的边坡地震稳定性评价方法[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 88-96.
[10] 李秋旺, 冯万里, 黄波林, 董星辰, 陈云飞, . 三峡库区涉水滑坡涌浪预测分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 424-432.
[11] 赵宽耀, 许强, 陈婉琳, 彭大雷, 高登辉, . 黄土塬边漫灌区土体水入渗过程研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2754-2764.
[12] 林滨强, 章德生, 简文彬, 豆红强, 王浩, 樊秀峰, . 风驱雨作用下植被斜坡稳定性响应研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2765-2774.
[13] 谢周州, 赵炼恒, 李亮, 黄栋梁, 张子健, 周靖, . 基于振动台试验的不同含石率土-石混合体边坡地震动响应差异性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(8): 2324-2337.
[14] 马登辉, 韩迅, 蔡正银, 关云飞, . 静压桩的桩侧土压力分布规律数值分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1863-1872.
[15] 张贝, 李文阳, 毕研栋, 黄雨, . 离心-科氏复合条件下体积对滑坡碎屑流流动性的影响研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1560-1569.
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