对卡拉韦拉斯大坝滑坡破坏后的运动过程的计算模拟

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对卡拉韦拉斯大坝滑坡破坏后的运动过程的计

算模拟

滑坡是一种常见的地质灾害，其危害严重，会对人们的生命、生产、生活造成极大的威胁和影

响。对滑坡运动过程进行数值分析可以模拟滑坡的运动和发展过程，计算出滑坡的致灾范围等

重要的灾害特征参数，为建筑场地的合理选择和规避滑坡提供建议，进而研究如何采用安全经

济且有效合理的措施防治滑坡灾害，并为定量的危险性分析提供依据，因而具有重要的经济、

社会效益及广阔的应用前景.

国内外学者对滑坡的发展过程进行深入的研究，国外学者 Sassa 对滑坡运动进行了较早的研

究，把滑坡近似看作流体，推导出滑坡运动的微分方程，实现了滑距的预测。Hungr 开发了模

拟滑坡运动的分析软件 DAN,并对一些典型的滑坡进行了全过程的模拟。潘家铮在《建筑物的

抗滑稳定和滑坡分析》一书中，采用基于条分的方法，提出了滑坡速度的计算公式，但该方法

并未考虑滑坡运动过程中的变形。廖小平等探讨了高速远程滑坡的形成条件和运动规律，认为

滑坡运动是一种连续可变的块体运动，提出了冲击性碰撞作用机理和连续可变的块体运动理

论。刘忠玉等基于其对高速滑坡发生机理的认识及对运动特征和堆积特征的分析，建立了预测

高速远程滑坡的块体运动模型，应用该模型可以预测出滑坡的最大滑速和最大滑距。刘涌江等

应用力学原理从理论上分析了大型高速滑坡岩体与阻挡山体的碰撞过程，得出了碰撞后滑坡岩

体的平均运动速度和运动方向的关系式，为进一步研究滑坡的运动奠定了基础。黄润秋根据在

中国西部地区多年的研究经验，对几类典型的大型岩质斜坡变形及失稳机理进行了较为深入的

分析，阐述了这些大型滑坡形成的地质条件、斜坡变形过程及发生机理的概念模型。近年来，

针对岩质边坡和高速远程碎屑滑坡运动的离散单元法的运动模拟以及滑坡的治理研究也取得了

很大的发展.以上学者在对滑坡运动的速度计算、滑距预测等方面所做的工作为滑坡发展运动过

程的研究做出了巨大的贡献。

本文尝试采用滑坡运动模型方程和 PIC （Particle In Cell ）数值离散方法,通过编写计算程序，

对卡拉韦拉斯大坝滑坡破坏后的运动过程进行计算模拟，进而得到其滑动过程、致灾范围和堆

积形态等结果，再现滑坡的运动过程，并对过程结果进行分析，旨在为今后具有类似特征滑坡

的防治提供参考和依据。

1 模型理论和 PIC 数值方法

描述滑坡运动的模型方程可以表示为：【1】

方程（1 ）中，h 为滑坡深度，u 代表滑坡速度，z0 为原始地形高程，g 表示重力加速度，C

为黏聚力，γm 为滑坡体容重，φ 表示摩擦角，sgn （u ）为表示速度方向的标记函数。

PIC 数值方法为计算流动问题的欧拉 - 拉格朗日混合方法，基本要点是把流动所通过的区域用

欧拉法分成有限个网格，每个网格中流体再用一组特定的离散化拉格朗日质点表示。每个质点

具有一定的质量，每个网格单元内的质点数目和质点分布都以流体流动的初始状态为依据，而

且这些质点具有一定的速度和能量。计算开始后，质点在欧拉网格之间迁移，表示流体在运

动。滑坡运动的空间由滑坡体流团连续地、无空隙地充满着，流团的尺寸大小基本符合微观足

够大、宏观足够小的条件。每个流团受到体积力及附近流团或边界对其的力作用，根据牛顿力

学基本运动定律，流团的加速度、速度与空间坐标可以确定。在计算时间域上对这些参量不断

更新，并在计算空间域上运用统计平均原理将这些运动参量表达在网格节点上，即可得到滑坡

堆积过程的总体运动规律.

通过对上述模型方程进行有效的简化，并应用 PIC 数值离散方法对其离散，采用的本构模型关

系为摩尔库伦准则，得到如下计算方程:【2】

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摘要：

对卡拉韦拉斯大坝滑坡破坏后的运动过程的计算模拟滑坡是一种常见的地质灾害，其危害严重，会对人们的生命、生产、生活造成极大的威胁和影响。对滑坡运动过程进行数值分析可以模拟滑坡的运动和发展过程，计算出滑坡的致灾范围等重要的灾害特征参数，为建筑场地的合理选择和规避滑坡提供建议，进而研究如何采用安全经济且有效合理的措施防治滑坡灾害，并为定量的危险性分析提供依据，因而具有重要的经济、社会效益及广阔的应用前景.国内外学者对滑坡的发展过程进行深入的研究，国外学者Sassa对滑坡运动进行了较早的研究，把滑坡近似看作流体，推导出滑坡运动的微分方程，实现了滑距的预测。Hungr开发了模拟滑坡运动的分析软件DAN,并...

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