离散单元法在滑坡危险范围预测中的应用

作者简介：陈伟（1979–），男，博士，主要从事地质灾害防灾减灾方面的研究。

摘要：滑坡是我国山区城镇建设中危害较大的一种地质灾害，本文在综合分析滑坡危险范围预测方法的基础上，提出了离散单元法的滑坡危险范围的预测方法，并结合实例进行分析，利用离散元软件模拟滑坡运动过程，进一步确定滑坡影响范围。

关键词：滑坡；离散单元法；危险范围；数值模拟

1 选题背景

滑坡是我国一种常见的地质灾害，因其具有突发性、隐蔽性、分布范围广等特点，每年都造成了数以亿计的财产损失，严重地制约着我国经济的可持续发展和建设和谐社会。受到极端天气、复杂的地形地貌、脆弱的地质环境等因素的影响，加上日益加剧的人类工程活动，我国近年来大型滑坡灾害发生的频率和规模呈现明显的上升趋势[1]。针对滑坡的危险范围开展预测分析一直是滑坡研究中的热点和难点问题，此项工作也对滑坡防灾减灾工作有着重要的积极意义。

2 离散单元法

离散单元法（Discrete Element Method，DEM）于1971年由P.Cundall提出，并于20世纪80年代中期引入我国。目前，在地质、水利、交通、隧道、采矿工程中得到了较为广泛的应用。最初发展的离散单元法仅限于刚性块体，20世纪70年代末期，人们开始将块体考虑成可变形的，其中有Cundall（1978）的SDE方法，即简单变形单元。它是很实用的，并在UDEC及改进的SDEM程序中使用，这种方法进一步发展成为以显式有限差分方程为基础的完全变形单元（Fully Deformable Distinct Element）。完全变形单元是基于有限单元法的思想提出的（J.Ghaboussi，1988），每个块体用三个四边形有限单元来模拟，其分析方法类似于一个标准的非线性有限单元分析。它与有限单元法的主要区别在于用相邻块体的接触模型代替相邻单元的连续条件。至此，离散单元法基本上具备了有限单元法及有限差分法的主要优点，而又能分析块体的运动[2]。因此，得到了岩土界的广泛应用[3] [4] [5] [6]。

3 滑坡实例研究

3.1滑坡特征

该滑坡位于大金河左岸，紧邻大金河与大渡河交汇处，滑坡前缘高程约1860m，坡体后缘高程约2235m，高差约375m。滑坡体为典型的圈椅状地形，顺河向长度约460m，垂直河向长度约760m。根据钻探及探槽揭露，滑坡体纵向上呈中间后，前缘及后缘薄的厚度特征，滑坡体中部最大厚度约65m，整个滑坡体平均厚度约30m，整个方量约480万立方，根据相关规范，该滑坡属于深厚堆积层滑坡。

根据钻探以及野外实地调查，滑坡体主要物质组成为碎块石土，成因为后缘崩塌及滑坡堆积物，块石间具有明显架空特征，钻探时常出现掉钻、漏浆等现象。滑床为志留系茂县群岩组石榴二英片岩。滑面为堆积体-基岩界面，滑带土为灰黑色碎石角砾。

该滑坡变形迹象非常显著，主要集中在滑坡体前缘N侧，，滑坡体前缘房屋、街道路面、简易挡墙等多处构筑物均出现明显的受损破坏，滑坡前缘老红军桥也出现强烈的挤压变形迹象，桥面已多处隆起，最大隆起量可达1m[7]。

3.2离散单元法在滑坡危害范围评价预测中的应用

本文提出利用离散单元法来针对滑坡失稳、运动及停止堆积整个过程进行数值模拟，最终得出滑坡的危害范围。结合工程实例，建立离散单元模型，该模型长度约1270m，高约520m，共计53752个离散单元：根据离散元数值模拟结果，该滑坡失稳后，将沿坡体前缘滑面剪出，并向前缘推移，经过加速运动过程后，滑体速度降低并最终停止。通过数值模拟，并结合滑坡侧缘边界的野外调查，该滑坡失稳后影响范围约0.29km2，并对前缘大金河有推挤压迫的影响。

4. 结论

1. 滑坡灾害在我国呈高发、频发的态势，并给人民群众的生命以及财产安全带来了严重威胁，针对滑坡的危险范围进行预测分析对滑坡防灾减灾工作有着重要的积极意义。

2. 离散单元法利用相邻块体的接触模型代替相邻单元的连续条件，是分析滑坡大变形、块体运动的有力工具。

3. 在暴雨工况下，滑坡体失稳后其前缘及两侧共计0.29 km2为直接危险范围，并且，根据数值模拟结果，滑坡体对前缘主河大金河有可能造成局部堵塞。

滑坡是我国主要地质灾害类型，针对滑坡的危险范围进行分析预测是防灾减灾中有效的一项工作。本文提出利用离散元数值模拟方法应用于滑坡危险范围预测研究中，通过结合实例，进行滑坡失稳、运移、停止堆积整个动力过程的模拟仿真，结果科学直观，此技术方法及分析思路可推广应用于其他滑坡危险性评价中。

参考文献

[1] 肖进.重大滑坡灾害应急处置理论与实践[D]. 成都理工大学， 2009： 1-2.

[2] 刘汉东等编著.岩土工程数值计算方法.黄河水利出版社，2011.10.71-73.

[3] 卓家寿. 离散单元法的基本原理、方法及应用[J]. 河海科技进展， 1993， 6： 1-11.

[4] 吴勇，李自停. 四川省溪口滑坡运动特征的离散元模拟[J]. 山地研究， 1997， 3： 197-200.

[5] 王泳嘉，刑纪波. 离散单元法同拉格朗日元法及其在岩土力学中的应用[J]. 岩土力学， 1995， 6： 1-14.

[6] 尚岳全等. 工程地质研究中的数值分析方法[M]. 成都：成都科技大学出版杜， 1991： 207-228

[7] 四川省甘孜州丹巴县红军桥2#滑坡勘查报告. 成都理工大学， 2006： 22-31.endprint

作者简介：陈伟（1979–），男，博士，主要从事地质灾害防灾减灾方面的研究。

摘要：滑坡是我国山区城镇建设中危害较大的一种地质灾害，本文在综合分析滑坡危险范围预测方法的基础上，提出了离散单元法的滑坡危险范围的预测方法，并结合实例进行分析，利用离散元软件模拟滑坡运动过程，进一步确定滑坡影响范围。

关键词：滑坡；离散单元法；危险范围；数值模拟

1 选题背景

滑坡是我国一种常见的地质灾害，因其具有突发性、隐蔽性、分布范围广等特点，每年都造成了数以亿计的财产损失，严重地制约着我国经济的可持续发展和建设和谐社会。受到极端天气、复杂的地形地貌、脆弱的地质环境等因素的影响，加上日益加剧的人类工程活动，我国近年来大型滑坡灾害发生的频率和规模呈现明显的上升趋势[1]。针对滑坡的危险范围开展预测分析一直是滑坡研究中的热点和难点问题，此项工作也对滑坡防灾减灾工作有着重要的积极意义。

2 离散单元法

离散单元法（Discrete Element Method，DEM）于1971年由P.Cundall提出，并于20世纪80年代中期引入我国。目前，在地质、水利、交通、隧道、采矿工程中得到了较为广泛的应用。最初发展的离散单元法仅限于刚性块体，20世纪70年代末期，人们开始将块体考虑成可变形的，其中有Cundall（1978）的SDE方法，即简单变形单元。它是很实用的，并在UDEC及改进的SDEM程序中使用，这种方法进一步发展成为以显式有限差分方程为基础的完全变形单元（Fully Deformable Distinct Element）。完全变形单元是基于有限单元法的思想提出的（J.Ghaboussi，1988），每个块体用三个四边形有限单元来模拟，其分析方法类似于一个标准的非线性有限单元分析。它与有限单元法的主要区别在于用相邻块体的接触模型代替相邻单元的连续条件。至此，离散单元法基本上具备了有限单元法及有限差分法的主要优点，而又能分析块体的运动[2]。因此，得到了岩土界的广泛应用[3] [4] [5] [6]。

3 滑坡实例研究

3.1滑坡特征

该滑坡位于大金河左岸，紧邻大金河与大渡河交汇处，滑坡前缘高程约1860m，坡体后缘高程约2235m，高差约375m。滑坡体为典型的圈椅状地形，顺河向长度约460m，垂直河向长度约760m。根据钻探及探槽揭露，滑坡体纵向上呈中间后，前缘及后缘薄的厚度特征，滑坡体中部最大厚度约65m，整个滑坡体平均厚度约30m，整个方量约480万立方，根据相关规范，该滑坡属于深厚堆积层滑坡。

根据钻探以及野外实地调查，滑坡体主要物质组成为碎块石土，成因为后缘崩塌及滑坡堆积物，块石间具有明显架空特征，钻探时常出现掉钻、漏浆等现象。滑床为志留系茂县群岩组石榴二英片岩。滑面为堆积体-基岩界面，滑带土为灰黑色碎石角砾。

该滑坡变形迹象非常显著，主要集中在滑坡体前缘N侧，，滑坡体前缘房屋、街道路面、简易挡墙等多处构筑物均出现明显的受损破坏，滑坡前缘老红军桥也出现强烈的挤压变形迹象，桥面已多处隆起，最大隆起量可达1m[7]。

3.2离散单元法在滑坡危害范围评价预测中的应用

本文提出利用离散单元法来针对滑坡失稳、运动及停止堆积整个过程进行数值模拟，最终得出滑坡的危害范围。结合工程实例，建立离散单元模型，该模型长度约1270m，高约520m，共计53752个离散单元：根据离散元数值模拟结果，该滑坡失稳后，将沿坡体前缘滑面剪出，并向前缘推移，经过加速运动过程后，滑体速度降低并最终停止。通过数值模拟，并结合滑坡侧缘边界的野外调查，该滑坡失稳后影响范围约0.29km2，并对前缘大金河有推挤压迫的影响。

4. 结论

1. 滑坡灾害在我国呈高发、频发的态势，并给人民群众的生命以及财产安全带来了严重威胁，针对滑坡的危险范围进行预测分析对滑坡防灾减灾工作有着重要的积极意义。

2. 离散单元法利用相邻块体的接触模型代替相邻单元的连续条件，是分析滑坡大变形、块体运动的有力工具。

3. 在暴雨工况下，滑坡体失稳后其前缘及两侧共计0.29 km2为直接危险范围，并且，根据数值模拟结果，滑坡体对前缘主河大金河有可能造成局部堵塞。

滑坡是我国主要地质灾害类型，针对滑坡的危险范围进行分析预测是防灾减灾中有效的一项工作。本文提出利用离散元数值模拟方法应用于滑坡危险范围预测研究中，通过结合实例，进行滑坡失稳、运移、停止堆积整个动力过程的模拟仿真，结果科学直观，此技术方法及分析思路可推广应用于其他滑坡危险性评价中。

参考文献

[1] 肖进.重大滑坡灾害应急处置理论与实践[D]. 成都理工大学， 2009： 1-2.

[2] 刘汉东等编著.岩土工程数值计算方法.黄河水利出版社，2011.10.71-73.

[3] 卓家寿. 离散单元法的基本原理、方法及应用[J]. 河海科技进展， 1993， 6： 1-11.

[4] 吴勇，李自停. 四川省溪口滑坡运动特征的离散元模拟[J]. 山地研究， 1997， 3： 197-200.

[5] 王泳嘉，刑纪波. 离散单元法同拉格朗日元法及其在岩土力学中的应用[J]. 岩土力学， 1995， 6： 1-14.

[6] 尚岳全等. 工程地质研究中的数值分析方法[M]. 成都：成都科技大学出版杜， 1991： 207-228

[7] 四川省甘孜州丹巴县红军桥2#滑坡勘查报告. 成都理工大学， 2006： 22-31.endprint

作者简介：陈伟（1979–），男，博士，主要从事地质灾害防灾减灾方面的研究。

摘要：滑坡是我国山区城镇建设中危害较大的一种地质灾害，本文在综合分析滑坡危险范围预测方法的基础上，提出了离散单元法的滑坡危险范围的预测方法，并结合实例进行分析，利用离散元软件模拟滑坡运动过程，进一步确定滑坡影响范围。

关键词：滑坡；离散单元法；危险范围；数值模拟

1 选题背景

滑坡是我国一种常见的地质灾害，因其具有突发性、隐蔽性、分布范围广等特点，每年都造成了数以亿计的财产损失，严重地制约着我国经济的可持续发展和建设和谐社会。受到极端天气、复杂的地形地貌、脆弱的地质环境等因素的影响，加上日益加剧的人类工程活动，我国近年来大型滑坡灾害发生的频率和规模呈现明显的上升趋势[1]。针对滑坡的危险范围开展预测分析一直是滑坡研究中的热点和难点问题，此项工作也对滑坡防灾减灾工作有着重要的积极意义。

2 离散单元法

离散单元法（Discrete Element Method，DEM）于1971年由P.Cundall提出，并于20世纪80年代中期引入我国。目前，在地质、水利、交通、隧道、采矿工程中得到了较为广泛的应用。最初发展的离散单元法仅限于刚性块体，20世纪70年代末期，人们开始将块体考虑成可变形的，其中有Cundall（1978）的SDE方法，即简单变形单元。它是很实用的，并在UDEC及改进的SDEM程序中使用，这种方法进一步发展成为以显式有限差分方程为基础的完全变形单元（Fully Deformable Distinct Element）。完全变形单元是基于有限单元法的思想提出的（J.Ghaboussi，1988），每个块体用三个四边形有限单元来模拟，其分析方法类似于一个标准的非线性有限单元分析。它与有限单元法的主要区别在于用相邻块体的接触模型代替相邻单元的连续条件。至此，离散单元法基本上具备了有限单元法及有限差分法的主要优点，而又能分析块体的运动[2]。因此，得到了岩土界的广泛应用[3] [4] [5] [6]。

3 滑坡实例研究

3.1滑坡特征

该滑坡位于大金河左岸，紧邻大金河与大渡河交汇处，滑坡前缘高程约1860m，坡体后缘高程约2235m，高差约375m。滑坡体为典型的圈椅状地形，顺河向长度约460m，垂直河向长度约760m。根据钻探及探槽揭露，滑坡体纵向上呈中间后，前缘及后缘薄的厚度特征，滑坡体中部最大厚度约65m，整个滑坡体平均厚度约30m，整个方量约480万立方，根据相关规范，该滑坡属于深厚堆积层滑坡。

根据钻探以及野外实地调查，滑坡体主要物质组成为碎块石土，成因为后缘崩塌及滑坡堆积物，块石间具有明显架空特征，钻探时常出现掉钻、漏浆等现象。滑床为志留系茂县群岩组石榴二英片岩。滑面为堆积体-基岩界面，滑带土为灰黑色碎石角砾。

该滑坡变形迹象非常显著，主要集中在滑坡体前缘N侧，，滑坡体前缘房屋、街道路面、简易挡墙等多处构筑物均出现明显的受损破坏，滑坡前缘老红军桥也出现强烈的挤压变形迹象，桥面已多处隆起，最大隆起量可达1m[7]。

3.2离散单元法在滑坡危害范围评价预测中的应用

本文提出利用离散单元法来针对滑坡失稳、运动及停止堆积整个过程进行数值模拟，最终得出滑坡的危害范围。结合工程实例，建立离散单元模型，该模型长度约1270m，高约520m，共计53752个离散单元：根据离散元数值模拟结果，该滑坡失稳后，将沿坡体前缘滑面剪出，并向前缘推移，经过加速运动过程后，滑体速度降低并最终停止。通过数值模拟，并结合滑坡侧缘边界的野外调查，该滑坡失稳后影响范围约0.29km2，并对前缘大金河有推挤压迫的影响。

4. 结论

1. 滑坡灾害在我国呈高发、频发的态势，并给人民群众的生命以及财产安全带来了严重威胁，针对滑坡的危险范围进行预测分析对滑坡防灾减灾工作有着重要的积极意义。

2. 离散单元法利用相邻块体的接触模型代替相邻单元的连续条件，是分析滑坡大变形、块体运动的有力工具。

3. 在暴雨工况下，滑坡体失稳后其前缘及两侧共计0.29 km2为直接危险范围，并且，根据数值模拟结果，滑坡体对前缘主河大金河有可能造成局部堵塞。

滑坡是我国主要地质灾害类型，针对滑坡的危险范围进行分析预测是防灾减灾中有效的一项工作。本文提出利用离散元数值模拟方法应用于滑坡危险范围预测研究中，通过结合实例，进行滑坡失稳、运移、停止堆积整个动力过程的模拟仿真，结果科学直观，此技术方法及分析思路可推广应用于其他滑坡危险性评价中。

参考文献

[1] 肖进.重大滑坡灾害应急处置理论与实践[D]. 成都理工大学， 2009： 1-2.

[2] 刘汉东等编著.岩土工程数值计算方法.黄河水利出版社，2011.10.71-73.

[3] 卓家寿. 离散单元法的基本原理、方法及应用[J]. 河海科技进展， 1993， 6： 1-11.

[4] 吴勇，李自停. 四川省溪口滑坡运动特征的离散元模拟[J]. 山地研究， 1997， 3： 197-200.

[5] 王泳嘉，刑纪波. 离散单元法同拉格朗日元法及其在岩土力学中的应用[J]. 岩土力学， 1995， 6： 1-14.

[6] 尚岳全等. 工程地质研究中的数值分析方法[M]. 成都：成都科技大学出版杜， 1991： 207-228

[7] 四川省甘孜州丹巴县红军桥2#滑坡勘查报告. 成都理工大学， 2006： 22-31.endprint