滑坡模拟三维地形建模关键技术与应用

高精度滑坡地形数据是滑坡模拟准确度和可视化效果的重要保证。针对当前高精度滑坡地形建模渲染全部地形数据导致滑坡模拟程序运行缓慢,分层分块处理地形数据并将地形数据块分批调入内存进行组合渲染导致参与滑坡模拟计算的地形数据不连续且分辨率不统一的问题,本文提出了一种面向滑坡模拟的四叉树LOD地形建模改进方法。将地形数据完整读入内存参与数值计算,在可视化阶段从地形数据中动态构造不同分辨率地形数据块进行组合渲染,为滑坡模拟提供完整连续地形条件,同时保证滑坡地形三维可视化效果,并有效提升模拟程序运行速度,该方法在场景浏览时不会对滑坡模拟的结果产生实际影响。滑坡模拟试验验证了本文方法在滑坡模拟三维地形优化建模方面的有效性和实用性。

滑坡堆积体降雨入渗过程物理模拟试验研究

降雨强度对滑坡坡面降雨入渗过程有显著影响,进而对滑坡变形稳定起着重要作用,孔隙水压力变化是降雨入渗诱发滑坡失稳的重要因素。为进一步探明降雨入渗过程与堆积体滑坡变形失稳破坏模式之间的内在关系,基于人工模拟降雨室内大型滑坡模型试验,研究了不同降雨强度下滑坡堆积体孔隙水压力变化与土压力的响应规律与变形破坏模式,揭示了降雨诱发滑坡变形破坏机理。结果表明:降雨入渗引起滑坡堆积体内孔隙水压力和土压力增加,且随着降雨强度的增大,滑坡体内孔隙水压力和土压力增长速率随之增大。堆积体滑坡变形破坏与孔隙水压力变化密切相关,滑坡堆积体内孔隙水压力随降雨历时的增加不断变大,进而基质吸力不断减小;滑坡体破坏区上侧会产生拉裂缝,下侧由于挤压作用出现土体隆胀,坡脚处会出现局部流土等现象。降雨强度大小与堆积体滑坡变形破坏模式密切相关,雨强大小为0.44 mm/min时,形成多级后退式滑坡变形破坏;雨强为0.57 mm/min时,滑坡体沿最危险剪切面发生大范围滑动破坏,并最终形成塑性流动。

水库滑坡涌浪传播有限元数值模拟

库岸滑坡涌浪危害巨大,正确预测库区可能的滑坡涌浪非常重要,是工程可行性论证的重要内容之一。将浅水控制方程应用于滑坡涌浪数值模拟,控制方程采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin方法进行求解。通过算例对数值模型的应用进行验证,结果表明,涌浪产生后将以入水点为源点迅速向四周推进并不断衰减,且随传播距离的增加浪高降幅逐渐减小。计算的涌浪高度及水位变化规律与实测资料吻合得很好,并将滑坡涌浪的沿程传播过程可视化。研究结果表明,文中方法模拟滑坡涌浪传播是有效可行的,可用于滑坡涌浪灾害的预测和防治。

激光全息光弹在滑坡研究中的应用——鹰厦线K163滑坡模拟试验

利用激光全息光弹研究滑坡应力场,在国内尚属首例。通过对鹰厦铁路K163滑坡的现场考察,将滑动面制成高、低两种灵敏度的模型,并根据现场调查的实况,确定模型受力条件,然后在JQC-100型激光全息光弹仪上,按普通全息干涉仪光路进行布置。利用高光敏材料一次曝光获得应力等差线和等倾线;利用低光敏材料二次曝光获得等和线。

一种滑坡模拟实验装置的设计与运用

我国的地质灾害情况有很多,包括地震、泥石流、山体滑坡塌陷等等,这些地灾常常给人们带来生产生活上的困难。为了模拟山地灾害对物体的冲击情况,更好的研究山地灾害冲击运动机制,设计了滑坡模拟实验装置。本文简要介绍了该装置的实验原理、组成结构与操作方法及其各项功能,本实验装置可以通过改变滑槽的倾角来模拟不同的山体滑坡以及其它碎屑流的滑动现象,在滑槽末端安装柔性网就可以研究碎屑流流动的力学特征以及堆积特征,在堆积平台上放置物体就可以观察不同滑坡的破坏能力。通过本实验可以了解滑坡的产生及危害,实验装置具有足够的耐久性满足教学科研的需要。

一种基于元胞自动机的滑坡模拟算法

传统滑坡动态模拟过程中,存在着模拟物理模型复杂,效率低下等问题,导致模拟效率低.本研究在传统方法的基础上引入元胞自动机模型进行优化,解决了传统方法滑坡的滑动过程模拟模型过于烦琐,且模拟可靠度低的问题,并增加了多因素分析,将滑坡看作一个复杂系统,从而可以较为真实的模拟真实滑坡过程,最后通过数据验证了本文算法的可行性与可靠性.

基于FDEM的戒台寺古滑体开裂破坏过程数值模拟

戒台寺古滑坡体受多期构造运动控制,边坡岩体中裂缝发育,结构破碎,风化卸荷引起局部滑移严重。2005年,对古滑体Ⅰ级和Ⅱ级平台进行了综合治理,但2013年后期,戒台寺大雄宝殿后墙和后花园地面又发育多组裂缝,且在Ⅲ级平台坡脚处发现大量新断口崩塌坡积物,古滑体有复活征兆。为探索戒台寺古滑坡体从二次稳定到开裂破坏的变形机制和破坏特征,文章首先采用杂交有限元-离散元法(FDEM)建立戒台寺古滑坡体数值模型;然后,将模拟计算结果与现场GPS地表位移监测曲线和破坏特征进行对比分析,结果显示FDEM数值模型较好地再现了戒台寺古滑坡体局部开裂、扩展、贯通、脱离、滑移、碰撞和堆积全过程;最后,判断出戒台寺古滑坡体的危险区域,为古滑坡体深部力学监测点设置提供科学依据。

应用天然滑坡理论修筑淤地坝技术初探

在分析研究天然滑坡形成机理的基础上,探索性地论证了利用滑坡研究成果模拟天然滑坡修筑淤地坝在理论上的可行性、技术上的可靠性、经济上的实用性和发展前景。

基于直剪试验的堆积碎石类材料细观参数标定方法及模拟验证

颗粒材料的3维离散元数值模拟的可靠性取决于细观参数的合理标定。目前,对颗粒材料细观模拟参数的标定方法还缺少系统性的研究。本文通过对室内直剪试验和数值模拟的对比分析,揭示了碎石颗粒材料宏观力学参数与颗粒间细观参数的相关性,提出碎石颗粒材料数值模拟细观参数的标定方法,并验证该标定方法的合理性。结果表明:在线性模型中,碎石颗粒试样的宏观弹性常数与碎石的粒间法向接触刚度呈正相关,而对粒间切向接触刚度的变化不敏感;基于此提出的粒间接触刚度(法向、切向)标定方法,直剪数值模拟的剪应力–剪位移曲线计算结果与室内试验值吻合度较高,验证了该标定方法的可靠性及合理性。在直接剪切过程中,碎石颗粒内部力链网络随着剪位移的增加逐渐由垂直方向向剪切盒对角线方向偏转,随着颗粒的整体速度场变化而出现剪缩和剪胀现象;采用本文提出的细观参数标定方法对室内滑坡运动试验开展数值模拟,数值模拟的滑坡碎石堆积形态与室内试验结果基本一致,验证了该方法在堆积碎石滑坡模拟分析中的适用性。

张官高速公路洞庭溪沅水特大桥官庄岸锚碇基坑边坡失稳特征及加固处治措施探讨

为全面了解公路工程滑坡变形特征,提高边坡滑坡治理水平,保证公路正常运营,该文章以张官高速公路洞庭溪沅水特大桥官庄岸锚碇基坑边坡滑坡治理为背景,系统分析了滑坡形成原因,通过建立数值模型,对天然及暴雨工况下滑坡稳定性实施模拟计算评估,并提出了合理化防治建议。数值模拟及工程实践表明:1)天然及暴雨状态下边坡稳定性系数分别为1.03和0.77,处于欠稳定和不稳定状态,必须采取加固处理措施;2)采取“削坡卸荷+优化排水+锚杆框格”综合防治措施后,暴雨条件下边坡稳定系数为1.12,稳定性得到大幅度提升,充分证明该处治方案的可行性。

无人机遥感数据驱动下的滑坡动态可视化方法研究

传统滑坡模拟数据获取困难,模拟物理机理复杂,不利于媒体宣传、提升公众安全意识以及快速灾害应急。无人机技术的飞速发展能够为滑坡动态可视化快速提供重要的数据支撑,为此,该文拟重点开展无人机遥感数据驱动下的滑坡灾害动态可视化研究,通过探讨滑坡特征分析与信息提取、空间约束规则下的滑坡过程计算方法、数据驱动的滑坡可视化方法等关键技术,提出了基于无人机遥感数据的滑坡灾害快速动态模拟方法,研发了原型系统并进行案例试验。试验结果表明,该文的研究方法在无人机遥感数据支持下能够快速动态模拟滑坡演进过程,有助于为应急灾害、媒体宣传以及提升公众灾害风险意识提供重要的理论依据支撑。

基于深度学习的滑坡监测与早期预警方法研究

研究的浅层滑坡成灾机理及成灾模式分析、面向大数据分析的空间多源数据获取及融合、基于深度卷积神经网络模型的滑坡演变过程模拟、滑坡演化的定量评估模型和早期预警系统建设等4个有机部分,构成了一个从理论到方法再到应用的相对完整的技术主线。其中对浅层滑坡成灾机理及成灾模式分析为后三者的提供理论指导,面向大数据分析的空间多源数据获取及融合是基于深度卷积神经网络模型的滑坡演变过程模拟的数据基础,滑坡演化的定量评估模型和早期预警系统建设为技术路线的实现、验证与应用部分。

实孔径毫米波雷达的边坡变形监测能力分析

变形监测是了解滑坡演化过程的重要手段,为探究实孔径毫米波雷达(RAR)的边坡变形监测性能,采用摄影滑轨作为变形模拟装置,开展实孔径毫米波雷达的变形监测模拟试验,并结合工程案例分析。研究表明:①实孔径毫米波雷达具备变形监测的能力,当摄影滑轨返回至原点时,实孔径毫米波雷达的误差仅为-4.68 mm和6.39 mm,整体能准确反映出摄影滑轨的变形特征;②单台实孔径毫米波雷达能监测到水平覆盖范围在200 m以内的角反射体,且能得到较好的变形信息,可满足中型滑坡体的监测需求;③整体验证了三维坐标解译原理的可行性,在变形量达到970 mm时,其解译的空间位移误差为9 mm,误差比小于1%,方位角的解译与实际滑轨运动方向趋于一致。综合模拟试验及工程案例表明,实孔径毫米波雷达满足滑坡变形监测的需求,具有较强的稳定性。

三维激光扫描变形可监测性指标的确定

将三维激光扫描技术应用到变形监测中,对三维激光扫描测距、测角、光斑及配准误差进行分析,给出点云误差椭球模型。利用得到的误差椭球半轴长度和点位误差极限值的关系,推导点云变形可监测性指标。最终通过模拟的滑坡实验,验证了该变形可监测性指标的可行性。