高陡岩质边坡破坏接触模型与三维DDA数值模拟研究

In this project, the failure classification models of high-steep rock slopes are established based on the field investigation data of high-steep rock slope failure in Tibet, three-dimensional (3-D) rock slopes failure model test platform is built and 3-D rock slope failure model tests are performed. All kinds of 3-D contact models are proposed for the failure mechanism of sliding, toppling and rolling of rock slopes, the 3-D discontinuous deformation analysis (3-D DDA) program is developed for 3-D high-steep rock slope failure, the contact model theory is verified by 3-D rock slope failure model tests and numerical simulation results and the simulation of the process of rock slope failure and movement law are achieved. Combining with the case studies of high-steep rock slopes in Tibet, the project will provide theoretical basis and calculation tool for stability evaluation and disaster prevention and mitigation of high- steep rock slopes in high altitude areas.

本项目基于西藏地区高陡岩质边坡破坏实地调研资料，建立高陡岩质边坡破坏分类模型，搭建三维岩质边坡破坏模型试验平台，进行三维岩质边坡破坏模型试验；提出各类岩质边坡块体之间滑移、倾倒、滚动破坏机理的三维接触模型，研制适用于三维高陡岩质边坡破坏分析的3-D DDA程序。通过三维岩质边坡破坏模型试验、数值模拟结果，验证接触模型理论，实现边坡破坏进程、运动规律的模拟，结合西藏地区高陡岩质边坡实例分析，为高海拔地区高陡岩质边坡稳定性评价和防灾减灾提供理论依据和计算工具。

西藏地区高陡边坡地质灾害分布广且发生频率高，对公路、河流、城镇村庄、农牧业、水利水电工程及生态环境造成极大危害。项目以西藏地区高陡岩质边坡破坏为研究背景，通过三维岩质边坡破坏模型试验、数值模拟结果，验证3-D DDA接触模型理论，实现边坡破坏和运动进程模拟，结合西藏地区边坡实例分析，为高海拔地区高陡岩质边坡稳定性评价和防灾减灾提供理论依据和计算工具，具有重要的科学意义和工程应用价值。主要成果如下：（1）根据西藏自治区不同地区不同诱发条件下的高陡岩质边坡破坏实地调研资料，系统总结高陡岩质边坡破坏现象（如破坏方量、岩石块体大小、滑移距离等），建立高海拔高陡岩质边坡破坏分类模型，并提出各类岩质边坡块体之间滑移、倾倒、滚动等破坏机理的三维接触模型；（2）发展大转动、临界滑动、碰撞等接触模型算法，将三维接触理论应用于3-D DDA方法，编制3-D DDA静动力计算程序及其三维切割前处理程序，发展三维高陡岩质边坡破坏3-D DDA方法；（3）建立三维岩质边坡模型试验平台系统，并结合3-D DDA方法、大型振动台试验、岩体力学与岩质边坡理论及西藏地区典型高陡岩质边坡实例研究，提出一套研究高陡岩质边坡破坏接触模型的实用方法；（4）建立高速相机双目立体视觉大型试验监测系统，开展现场边坡危岩体失稳破坏及运动试验研究，更真实更准确地验证发展的三维接触模型及3-D DDA方法有效性，同时校正3-D DDA方法的数值参数并给出取值规则；（5）结合发展完善的岩体力学、岩质边坡工程理论与实时在线监测方法，建立高原重大基础设施与环境实时在线安全监测中心，并应用于达孜滑坡、迫龙沟特大桥泥石流、天摩沟泥石流与滑坡等边坡灾害监测，实时获取边坡变形数据，实现灾害实时预测，揭示边坡变形破坏机理。在课题资助下，发表论文21篇，其中SCI检索14篇，专著2部，授权专利5项，参加国内外学术会议10次，邀请国内外专家来访3次，培养博士4名，硕士9名，青年长江学者1名，项目负责人获国务院政府特殊津贴。