云南滇滩大理岩边坡离散元与有限差分模拟对比研究

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作者何例春
来源昆明理工大学
出版年2021
摘要
随着计算机技术的高速发展,数值方法逐渐取代传统定性判断方法,在边坡稳定性定量分析中发挥巨大作用,其中有限差分法是运用最为广泛的方法之一。然而在研究岩质边坡的力学问题时,由于岩体中存在许多微裂隙、节理等不连续面,使用有限差分法分析时,无法真实地描述岩体的不连续特征,因此对岩质边坡的模拟与实际情况存在一定差异。另一方面,离散元法由于其能较好的描述岩体情况,在解决岩体力学问题中发挥出巨大的潜力。本文以云南滇滩铁矿南采坑西帮大理岩边坡为研究对象,探讨了离散元法模拟时的参数变化对岩体强度的影响;运用三维有限差分法和离散元法分析矿区西帮大理岩边坡的稳定性,对比分析两种方法模拟结果的差异;并将稳定性分析结果与边坡位移监测数据进行对比,分析离散元法与有限差分法在工程运用中的准确性以及所产生的误差。取得的主要认识如下:1.离散元模拟中单结构面岩体强度并不完全遵循单弱面理论,当结构面倾角小于结构面内摩擦角时,结构面强度不会对岩体强度造成影响,岩体强度受岩块强度控制,并且强度与岩块强度相一致;当结构面倾角大于结构面内摩擦角时,岩体强度受结构面强度控制,并且在45°时岩体强度最低,最容易出现破坏。2.通过离散元法和有限差分法模拟,该大理岩边坡自然条件下和暴雨条件下稳定系数均能满足矿山安全规范要求。3.有限差分法模拟边坡稳定性仅表现出了典型推移式滑坡或牵引式滑坡的特点,并没有反映出岩体崩塌具有的突发、快速的脆性破坏特征。4.离散元法模拟边坡稳定性的过程更加类似于逐级倾覆式的岩坡崩塌,有明显的脆性破坏特征,要比有限差分法模拟更有效的反映岩质边坡的位移变形特征。5.在工程运用中,离散元法比有限差分法计算的稳定系数相对更小;且离散元的基本理论更加契合岩质边坡特征,使用离散元法模拟所产生的理论误差更小,模拟结果更接近实际情况。

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