近日，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。
图1 模型试验与理论解验证数值计算方法的有效性
图2 超载临坡距对灾变模式的影响
图3 边坡坡角对灾变模式的影响
图4 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2023年11月Editor’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