【PFC6.0】重力放大法诱导分析岩质边坡破坏面

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2022年9月9日 15:50

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0 引言

完整的岩块一般强度比较大，天然的状态不会使得岩质边坡发生破坏。而岩体和岩块的概念是两个，岩体指的是含有天然裂纹的岩块。所以相对于岩块，岩体在天然状态下的强度会比完整的岩块小很多。

往往岩质边坡发生破坏无非以下几个因素：1、降雨使得岩石的裂纹充填物强度降低，发生破坏。2、工程使得原有的应力发生重分布。3、地震荷载使得岩体中的裂纹发育贯通形成滑裂面。

本文边坡诱导破坏使用的并不是上述几个因素。重力放大法诱导破坏是有限元理论中经常遇到的一个方法，这种情况在现实中基本不会发生。但是诱导边坡破坏会强制性的产生滑裂面，对边坡的渐变破坏分析可以提供一定的参考。

1 成样

这里还是比较经典的成样，不去赘述。

model new def chicun_par    sample_width=3    sample_hight=sample_width*0.5        keli_rdmin=0.004    keli_rdmax=0.006end@chicun_par

model domain extent [-sample_width] [sample_width] [-sample_hight] [sample_hight]

model random 10001wall generate box [-sample_width*0.5] [sample_width*0.5] [-sample_hight*0.5] [sample_hight*0.5] expand 1.5



ball distribute group "shiyang" radius [keli_rdmin] [keli_rdmax] porosity 0.12 ...    box [-sample_width*0.5] [sample_width*0.5] [-sample_hight*0.5] [sample_hight*0.5]



cmat default type ball-facet model linear method deform emod 100e6 kratio 1.5 cmat default type ball-ball model linear method deform emod 100e6 kratio 1.5  ball attribute density 2.7e3 damp 0.7model cycle 2000 calm 50

ball delete range pos-x [-sample_width*0.5] [sample_width*0.5] notball delete range pos-y [-sample_hight*0.5] [sample_hight*0.5] notmodel solve



model save "sample"

2、预压

预压这里采用内置的sevro命令，不停的更新伺服力的大小，使得墙体达到指定的压力。

model restore "sample"[tyy=-1e6][txx=-1e6]fish def WallInit    wpBtm=wall.find(1)    wpTop=wall.find(3)    wpLeft=wall.find(4)    wpRight=wall.find(2)end@WallInit

wall servo activate true range id 1 4

fish def CalChicun    wlx=wall.pos.x(wpRight)-wall.pos.x(wpLeft)    wly=wall.pos.y(wpTop)-wall.pos.y(wpBtm)end

fish def UpdataForce    whilestepping    CalChicun    wall.servo.force.y(wpTop)=tyy*wlx    wall.servo.force.y(wpBtm)=-tyy*wlx    wall.servo.force.x(wpRight)=txx*wly    wall.servo.force.x(wpLeft)=-txx*wlyendmodel cycle 1model solvemodel save "yuya"

3、加胶结

这里采用比较常规的灰岩参数，进行加胶结。

model restore "yuya"

[pb_coh=12.196e6][ten_coh=2.7][emod=2.114e9]

contact cmat default type ball-facet model linear method deformability ...            emod @emod kratio 1.5 contact cmat default type ball-ball model linearpbond method deformability ...            emod @emod kratio 1.5 pb_deformability emod @emod kratio 1.5 ...    property pb_coh [pb_coh] pb_ten [pb_coh*ten_coh] pb_fa 45.7 fric 0.1 contact cmat applymodel clean

model cycle 1model solve

contact method bond gap [keli_rdmin*0.5]

model cycle 1 model solve

model save "jiajiaojie"

4、自重

这里利用离心机原理，使得应力分布达到80*40的式样状态。

model restore "jiajiaojie"wall servo activate false range id 1 4wall attribute velocity 0 0 wall delete walls range id 3fish def UpdataForce    end[chicun_n=80/wlx]

model gravity [9.8*chicun_n]



model cycle 1 model solve

model save "zizhong_0"

5、削坡

这里使用半平面plane和竖向坐标取交集来进行削坡

program call "fracture.p2fis"@track_init[pojiao_x=wlx*0.05][pojiao_y=-wly*0.1][jiaodu=80]ball delete range plane origin @pojiao_x @pojiao_y ...        dip @jiaodu pos-y @pojiao_y [wly]    model cycle 1 model solve

6、重力放大诱导

我初期是在削坡后，不断的增加重力，使得其发生破坏。但是这样会有一个问题，测试发现位移最大的地方在左侧边界上。这个和实际是不匹配的。

于是转换思路，将重力放大放在自重环节，每次重力放大后再进行削坡。由于涉及到调用sav文件，所以不能采用fish进行循环调用。当然手动的话，可以一次次修改重力的值。我这里使用python来进行调用。

下面为使用python循环来进行自重增加和削坡，其中收敛条件为碎块数超过50个。每次重力增加10倍原有重力。

import itasca as itit.command("python-reset-state false")it.command(" program call \"1chengyang\"")it.command(" program call \"2yuya\"")it.command(" program call \"3jiajiaojie\"")it.command(" program call \"4zizhong\"")stopFlag=Falsen_scale=1def test():    stopFlag=False    n_scale=1    while stopFlag==False:        zizhongFileName="\"zizhong_"+str(n_scale-1)+"\""        zizhongRestore="model restore "+zizhongFileName        it.command(zizhongRestore)               chicun_n=it.fish.get("chicun_n")        gravity_mag=9.8*chicun_n*(n_scale*10+1)        gravitySet="  model gravity "+str(gravity_mag)        it.command(gravitySet)        it.command("  model cycle 1 ")        it.command("  model solve")        zizhongFileName1="\"zizhong_"+str(n_scale)+"\""        zizhongSave="model save "+zizhongFileName1        it.command(zizhongSave)        it.command("ball attribute displacement multiply 0")        it.command("  program call \"5xuepo\"")        fileName="\"jieguo_"+str(n_scale)+"\""        saveSet="model save "+fileName        it.command(saveSet)        n_scale+=1        fgNum=it.fish.get("fg_num")        if fgNum>50:            stopFlag=Truetest()

7、岩质边坡破坏

这里的工况是在第十次计算就发生了破坏，破坏发生在坡脚。不做具体的分析。

【PFC6.0】重力放大法诱导分析岩质边坡破坏面的图1

8、含软弱层岩质边坡破坏

很多岩质边坡由于沉积和构造的作用，会是互层的。互层必然会是有软弱的层，有坚硬的层。

这里的技术方法是先对颗粒进行分组。这里也是使用plane关键词，不过不是用半平面的概念，而是用distance来构造某一长条区域。然后对此组颗粒赋予较弱的属性。

model restore "yuya"



[jianju=keli_rdmax*10][kuandu=keli_rdmax*3][jiaodu=30]ball group "ying" ball group "ruan" range plane origin 0 0 dip [jiaodu] distance [kuandu*0.5]def add_ruan_up    pos_x=0    pos_y=0    loop while pos_x<wlx*0.5        pos_x+=(jianju+kuandu)*math.cos(jiaodu*math.pi/180.0)        pos_y+=(jianju+kuandu)*math.sin(jiaodu*math.pi/180.0)        command            ball group "ruan" range plane origin [pos_x] [pos_y] dip [jiaodu] distance [kuandu*0.5]        endcommand    endloopend@add_ruan_up

def add_ruan_down    pos_x=0    pos_y=0    loop while pos_x>-wlx*0.5        pos_x-=(jianju+kuandu)*math.cos(jiaodu*math.pi/180.0)        pos_y-=(jianju+kuandu)*math.sin(jiaodu*math.pi/180.0)        command             ball group "ruan" range plane origin [pos_x] [pos_y] dip [jiaodu] distance [kuandu*0.5]        endcommand    endloopend@add_ruan_down

[pb_coh=12.196e6][ten_coh=2.7][emod=2.114e9]

contact cmat default type ball-facet model linear method deformability ...            emod @emod kratio 1.5 

[pb_coh=12.196e6][ten_coh=2.7][emod=2.114e9]contact cmat default type ball-facet model linear method deformability emod @emod kratio 1.5contact cmat default type ball-ball model linearpbond method deformability ...            emod @emod kratio 1.5 pb_deformability emod @emod kratio 1.5 ...    property pb_coh [pb_coh] pb_ten [pb_coh*ten_coh] pb_fa 45.7 fric 0.1     contact cmat add 1 model linearpbond method deformability ...            emod @emod kratio 1.5 pb_deformability emod @emod kratio 1.5 ...    property pb_coh [pb_coh] pb_ten [pb_coh*ten_coh] pb_fa 45.7 fric 0.1 range group "Default=ying" match 2contact cmat add 2 model linearpbond method deformability ...            emod [emod*0.2] kratio 1.5 pb_deformability emod [emod*0.2] kratio 1.5 ...    property pb_coh [pb_coh*0.2] pb_ten [pb_coh*ten_coh*0.2] pb_fa 45.7 fric 0.1 range group "Default=ruan" match 2

    contact cmat applymodel clean

model cycle 1model solve

contact method bond gap [keli_rdmin*0.5]

model cycle 1 model solve

model save "jiajiaojie"