岩溶洼地形成演化过程FLAC数值模拟初探.pdf

第27卷第3／4期 矿 物 学 报 V01．27，No．3／4 2007华12月 007 AC烈MlN】黼AIOGl(A嘲NICA Dee．，2 文章编号：1000-4734(2007)03-0535-05 岩溶洼地形成演化过程的FLAC数值模拟初探 左双英1捌宏2宋建波2 (1．贵州犬学资源与环境工程学院，贵州贵阳550003； 2．贵媸大学喀斯特环境与地质灾鬻防治省级重点实验室。贵州责鼹5500∞) 摘翼：以典型喀斯特洼地——贵州省平塘县高务洼地为地质原型，搬查清其发育特征的基础上，用HAI拶数值模拟 方法，对其发展演化过程进掰了三维动态仿真，从丽从地质力学的角度得出岩溶潍地形成的动力演化机制。 关键溺：砉溶毪缝；摹毯￡；数穰模揆；形成颡演耽；饕力学铙裁 中豳分类号：P931．5文献标识码：A 作者简介：左双荚，女，1977球生，硕士，讲师，主要从事工程地质方面的教学和科研工作。E-mail：Zaoshy@tam． ㈣。毫诿：135950084泣 关于岩溶地貌形成演化过程的课题，大部分 态演化过程仿真力学效应基础上的一种新型数值 学者偏黧于苁区域地质学、她理学、承纯学的撬焦 方法Hl。虽然茭基本琢理类同予离散元法，毽却 来研究，即在一定区域内，碳酸盐岩峰体形态的差 可与有限元一样适用于多种材料模溅与边界条件 别主要受岩性、构造和溶蚀作用的控制。但这种区 非规则区域的连续问题求解，而且计算中利用的 域论的褒点对具体酌实际地貔特薤却不戆作窭满 “混会离散诧”技术霹针对不霹分质特性选取裰应 意的、完熬的解释，特别是地质体在构造运动完成 的本构方程更真实地描述实际地质体的动态行 后，构造应力场逐渐转变为岛重应力场，并受水动 为，比常规有限元“降低完整性”的方法在力学上 力场影噙的情况下，舞一逑嚣形成鹃峰洼微地貌瓣 更合理，霹时，FLAC求解紫使惩显式差分方法，不 千差万别更无法解释。因此，今天对地质过程的研 形成刚度矩阵，可节约计算机存储空间，减少运算 究，人仍希望的是能够在“概念模型”认识的基础 机时，提高解题速度，便于在微机上实现非线性大 上，采耀一定懿理论与方法，在模掇地葳过程内部 变形阏题豹求辩。 结构及边界条件的情况下，重现地质体演化的全过 该方法求解使用了离散模型方法、动态松弛 程，从而一方面验证概念模型的正确性和合理性； 方法和有限差分方法3种技术【lJ，从而将连续介 另一方覆扶理论上、整体上纛内帮}#罴过程主获褥 覆的动态演讫过程转纯隽离散节点酌运动方掇纛 对地质体演化机理更深入的认识。本文将以一真 离散单元的本构方程求解。即首先由节点的应力 实洼地为原型，在查清其发育特征的基础上，用 和外力(或速度)变化和时间步长利用虚功原理求 疆。轰护数值摸攒方法，在其形成、发展、演化酌遗质 节点不平衡力秘速度；再根据单元的本构方程，由 历史动态仿真方面作一些尝试，从而从地质力学的 节点速度求单元的应变增摄、应力(或位移)增量 角度得如岩溶洼地形成的动力演化机制。 和总应力，进丽进入新的循环，见图lL2J。 1 FLAG3D的基本原理 对于每个单元 威变率 I函虿手藕、新的应力 FLAC是快速拉格勰墨差分分析(Fast of Continua)的筒写。它是以岩 b豁m毒黼Analysis