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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:金磊,曾亚武,程涛,李晶晶.土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析[J].哈尔滨工业大学学报,2020,52(2):41.DOI:10.11918/201811110
JIN Lei,ZENG Yawu,CHENG Tao,LI Jingjing.Stability analysis of soil-rock mixture slope based on 3-D DEM[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2020,52(2):41.DOI:10.11918/201811110
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土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析
金磊1,2,曾亚武2,程涛1,李晶晶1
(1.湖北理工学院 土木建筑工程学院,湖北 黄石 435003; 2.武汉大学 土木建筑工程学院,武汉 430072)
摘要:
为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.
关键词:  土石混合体边坡  不规则块石  三维离散元  颗粒流强度折减法  边坡稳定分析
DOI:10.11918/201811110
分类号:TU42
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(41272342); 湖北省自然科学基金计划项目(2019CFB199); 湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目(T201823); 湖北理工学院校级科研项目(18xjz14R)
Stability analysis of soil-rock mixture slope based on 3-D DEM
JIN Lei1,2,ZENG Yawu2,CHENG Tao1,LI Jingjing1
(1.School of Civil Engineering and Architecture, Hubei Polytechnic University, Huangshi 435003, Hubei, China; 2.School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)
Abstract:
To investigate the stability and failure mechanism of soil-rock mixture (SRM) slope, three-dimensional discrete element modeling method (3-D DEM) models for meso-structure of SRM slopes were constructed based on the basic principle of geotechnical centrifugal model test and the developed 3-D DEM for irregularly shaped rock blocks and SRM. Then, particle flow code strength reduction for slope stability analysis was introduced and a novel identification method for slope failure based on the energy evolution was developed. Finally, effects of rock block proportion, rock block shape, spatial structure, and spatial configuration on the stability and failure model of SRM slope were analyzed. Results show that the safety factor is increased with increasing rock block proportion. Multiple zigzag sliding surfaces by passing the rock blocks occurred in the SRM slope model, and some big rock blocks located in the slope toe caused an obvious shift of the shear outlet. The safety factor of the SRM slope is gradually increased when the rock blocks changed from spheres and pebbles to gravels. The failure mode of dual structural slope model with a thick overburden SRM and a low gradient or single SRM slope is mainly the cambered sliding that occurred within SRM, whereas the dual structural slope model with a thin overburden SRM and flat bedrock generally have wholly sliding along the bedrock surface. With the spatial configuration of SRM slope from strip type and outlet-open type to outlet-locked type, the safety factor is gradually increased, and the outlet-locked slope have significant arch-supporting effect, which is more obvious when the rock block proportion is larger.
Key words:  soil-rock mixture slope  irregularly shaped rock block  3-D DEM  particle flow code strength reduction  slope stability analysis

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