强震作用下陡倾软硬相间顺层斜坡动力响应规律及其失稳机理研究

发布时间：2020-11-15 04:07

　　 我国是一个地震灾害频发的国家,因地震诱发的次生地质灾害,如滑坡、泥石流、崩塌、落石等,而造成的人员伤亡和经济损失甚至超过因地震直接导致的损失。2008年5月12日,汶川大地震就诱发了不计其数的次生地质灾害,对震中区及其周边地区造成了灾难性的破坏。在对汶川大地震诱发的次生地质灾害的调查中,发现了大量的陡倾顺层斜坡动力失稳的现象。因此,很多研究者对陡倾顺层斜坡在地震条件下的失稳机理及动力响应进行了研究并取得了丰硕的成果,但是针对汶川地震中出现的诸多陡倾软硬相间顺层斜坡破坏,未进行特定的动力响应规律及动力失稳机理研究。故本文以“5.12”汶川地震为研究背景,在对汶川地震区陡倾软硬相间顺层斜坡动力失稳现场调研的基础上,选取最具代表性的斜坡抽象概化建立物理试验模型,然后结合离心振动试验和三维离散元数值模拟方法,分析探讨该类型斜坡的动力响应特征及失稳机理,其主要工作与成果如下:(1)以现场调研汶川地震诱发的诸多陡倾软硬相间顺层斜坡动力失稳案例为基础,选取干磨坊滑坡和水磨沟滑坡为代表,并根据现有的试验条件、滑坡工程地质概况、离心振动台模型试验相似理论等,综合考虑确定了模型试验的相似常数和基本控制量,然后抽象概化建立了两种陡倾软硬相间顺层斜坡模型,分别为软硬互层60°坡体结构(M1)和软硬互层80°坡体结构(M2)。(2)开展了模型斜坡硬岩和软岩的配比试验工作,通过材料比选和正交试验确定了模型试验的最佳相似材料和相应的配合比。硬岩的配比为石英砂∶重晶石粉∶水泥∶石膏=2∶5∶1∶1,软岩的配比为石英砂∶重晶石粉∶石膏=1∶1∶1。按照实际情况和试验目的设计确定了地震波的加载方案,选取了合理的监测器件并对试验监测点布置进行优化设计。(3)陡倾软硬互层60°模型斜坡在地震作用下,主要变形部位为整个坡表一定范围的岩土体,具体表现为滑动体在水平地震作用下沿优势层面下滑,斜坡后缘出露光滑后壁,坡脚附近岩土体弯曲隆起折断,整个模型斜坡发生滑移—弯曲式溃滑;而陡倾软硬互层80°模型斜坡在动力荷载作用下,破坏部位主要靠近坡脚和坡顶部位。表现为斜坡模型在水平地震荷载作用下出现分级滑动,坡顶出现明显的下座陡坎和纵向的张拉裂缝,岩层倾角大于坡脚,下滑受阻,坡脚附近岩土隆起。特殊的坡体结构使得坡内深层潜在滑面未完全贯通,坡肩震裂松动岩层在巨大水平惯性力下,向临空面作悬臂梁弯曲倾倒。整个坡体发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。(4)对于陡倾软硬互层60°模型斜坡,在模型斜坡表面随着高程的增加,PGA放大系数总体表现出非线性增加,在坡顶动力响应最为强烈。而对于陡倾软硬互层80°模型斜坡,在模型斜坡表面随着高程的增加,PGA放大系数总体表现出先增大后减小再增大的节律性变化,在坡高1/3处和坡肩部位动力响应最为强烈。而两种模型斜坡在同一水平高度下,由于斜坡岩土体越靠近临空面受到约束越小,故距离坡表越近加速度放大系数越大,表现出一定的“趋表效应”。(5)基于Hilbert-Huang变换及边际谱理论得出,在地震作用下陡倾软硬相间顺层斜坡,损伤影响区域位于坡顶到坡脚一定深度范围内的岩土体,但软硬互层60°模型斜坡横向影响深度比软硬互层80°模型斜坡更深。(6)数值模拟结果同离心振动台试验结果所反映出来的两种斜坡破坏特征基本吻合,同时两种坡体结构数值模拟坡表关键点的PGA放大系数也同离心振动台试验的变化规律基本一致。由此可见,通过离心振动台试验,能够科学可靠揭示了陡倾软硬相间顺层斜坡在地震荷载作用下的加速度动力响应规律及失稳机理。
【学位单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU45
【部分图文】：

1.3.2 技术路线据本论文的主要研究内容，拟采用的研究思路如下：论文遵循“野外调研分析→岩土体物理力学相似→元器件选择及布置→大型离心机振动台试验关键技术处理→陡倾软硬相间顺层斜坡地震响应特征→模型损伤能量识别→数值模拟验证→陡倾软硬相间顺层斜坡地震失稳模式”的研究思路。具体研究技术路线如图 1-1 所示。

第 2 章 典型陡倾软硬相间顺层斜坡工程地质条件2.1 概述“5.12”汶川地震在龙门山地区诱发的数以万计的地质灾害，若论及破坏程度及危害以滑坡灾害为主。地震造成的滑坡灾害是强大的地震动力作用于斜坡上最直接的反映。通过对大型滑坡的破坏特征、破坏模式以及动力响应等研究，可以得到斜坡动力破坏过程的直观认识，是研究强震作用下斜坡失稳机理的前提条件。通过对地震灾区内的诸多陡倾软硬相间顺层斜坡动力失稳调查发现，该类型的斜坡由于受地震动力荷载作用的影响，具备一些不同其在重力环境下失稳的破坏和运动特征。故本章在大量现场调研的基础上，选取两个具有代表性的陡倾软硬相间顺层斜坡为例，研究它们在地震动力作用下坡体结构特征、动力破坏特征及其失稳模式之间的关系，为后面建立概化模型进行物理模拟试验研究类型斜坡的动力失稳模式打下基础，图 2-1 为典型灾害工点的地理位置图。

图 2-2 滑坡全貌（左图为地震后滑坡全貌，右图为泥石流发生后滑坡形态）滑坡所处地貌为中等切割中山地貌，河谷狭窄深切呈 V 型，两岸山体高陡，总体走向为北东-南西。滑坡平面上呈簸箕状，后缘较陡，坡度在 45°～55°。区域内沟谷众多，地形起伏明显，高差变化较大，陡峭的地形为滑坡的形成提供了有利条件。滑坡平面图如图 2-3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2884320