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我院在埋管边坡灾变物质点法模拟方面取得新进展

近日,我院朱鸿鹄教授课题组运用物质点数值计算方法,成功揭示了超载作用下埋地管道路堑边坡的变形破坏机理,为精准辨识和预测埋管边坡的灾变演化提供了科学依据,可用于指导该类基础设施的优化设计与安全风险评价。

在我国西南山区,埋地管道路堑边坡广泛分布,近年来出现了一系列失稳灾变事故。物质点法是一种基于连续介质力学的无网格数值计算方法,能有效克服有限元网格畸变产生计算困难的数值缺陷,适用于地质工程灾变演化的精细分析。本研究表明,管道埋设显著降低了边坡极限承载力,其失效模式取决于管道埋深、超载临坡距及边坡几何形态。一方面,埋地管道的存在限制了边坡土体的位移,造成破坏区的局部化;另一方面,管-土界面为边坡失稳灾变提供潜在破坏路径,加速了滑动面的生成与扩展。特别是在管道浅埋的情况下,上述效应尤为明显。在极限工况下,边坡承载力相比无管道情况降低76%。这些结论为掌握埋管边坡灾变演化规律提供了新的思路及指导依据,有助于提升我国滑坡灾害监测预警与防治行业的科技进步。

模型试验与理论解验证数值计算方法的有效性

超载临坡距对灾变模式的影响

边坡坡角对灾变模式的影响

埋管边坡受力分析图

该研究成果发表于美国土木工程学会(ASCE)的地质与岩土工程旗舰期刊《International Journal of Geomechanics》。论文经同行专家和编辑推荐,入选202311Editor's Choice亮点文章,并在ASCE官网和Twitter等平台上进行了特别公告和宣传推广。朱鸿鹄教授为论文的第一作者兼通讯作者,博士生谢天铖、张巍副教授和澳大利亚伊迪斯科文大学Shukla教授为论文的共同作者。这项研究工作得到了国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划课题以及国家自然科学基金面上项目的资助。

论文信息:

Zhu, H.-H., Xie, T.-C., Zhang, W., Shukla, S.K. (2023). Numerical simulations of a strip footing on the soil slope with a buried pipe using the material point method. International Journal of Geomechanics, ASCE, 23(11): 04023190. https://doi.org/10.1061/IJGNAI.GMENG-8576