频发微震作用下顺层岩质边坡的稳定性研究

发布时间：2017-04-02 12:02

  本文关键词：频发微震作用下顺层岩质边坡的稳定性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,三峡库区水库诱发地震的频次一直维持在一个较高的水平,这将对库区的不良地质体产生持续性的影响。顺层岩质边坡作为三峡库区主要的滑坡失稳类型,其整体稳定性较其他边坡类型相对较差,在外营力影响下较易发生劣化和失稳。因此,研究频发微震作用下顺层岩质边坡的变形发展规律及其稳定性就具有重要的理论意义和工程参考价值。本文基于国家自然科学基金课题(41372356)采用理论分析和数值模拟方法,对频发微震作用下顺层岩质边坡的稳定性及其影响因素进行了较为系统深入的研究。论文的主要研究内容和成果如下:①利用FLAC3D软件,对某顺层岩质边坡在地震作用下的动力稳定性进行了分析,并基于安全系数时程曲线给出了该边坡在IV~VII度烈度地震作用下的动力稳定性指标,也通过动力强度折减法得到了该边坡在V度烈度地震作用下的动力安全系数;②根据结构面在循环剪切作用下的劣化机理,推导了考虑起伏角磨损的结构面应力-应变关系,并结合边坡动力时程曲线分析方法,对每一动力计算步内结构面的强度参数进行实时更新,分析了某顺层岩质边坡在五次IV度烈度地震作用下的稳定性。计算结果表明,随着地震次数的增加,结构面上的起伏受到磨损的程度也愈趋严重,导致等效摩擦角逐渐降低,使边坡稳定性不断下降。因此,有必要考虑频发微震对边坡长期稳定性的影响;③利用动力强度折减法,对具有一组平行层面的顺层岩质边坡的动力安全系数的影响因素进行了分析,主要从坡角、坡高、岩层倾角、结构面间距和地震波频率五个方面探讨了边坡动力安全系数的变化规律;④根据三峡库区某顺层岩质边坡的地质勘察资料,建立了三维有限元数值模型,考虑库水位由145m→175m和175m→145m两种工况,并连续作用五次IV度烈度地震,得到了该边坡在两种工况下的动力响应和变形特征,研究结果表明:1)边坡的变形主要受控于下伏软弱夹层,主要表现为沿软弱层的顺层下滑,在两种工况下,边坡变形整体上均存在收敛的趋势;2)边坡的动力响应存在明显的滞后特征,并且在软弱夹层处加速度、速度响应十分强烈,放大效应非常明显;3)渗流环境与微震的耦合作用对边坡的影响不容忽视,库水位由175m→145m时的变形较库水位由145m→175m的变形显著增大,说明水位下降形成的不平衡渗流矢量对边坡的变形不利。
【关键词】：频发微震 顺层岩质边坡 结构面劣化 多场耦合
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV223
【目录】：

• 摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 岩质边坡的动力响应研究现状10-12
• 1.2.2 循环荷载作用下节理岩体的劣化特征研究现状12-13
• 1.2.3 地震作用下边坡稳定性分析方法研究现状13-15
• 1.3 主要研究内容及技术路线15-17
• 1.3.1 主要研究内容15
• 1.3.2 研究方法和技术路线15-17
• 2 顺层岩质边坡稳定性影响因素与破坏机制分析17-33
• 2.1 区域地质背景17-19
• 2.2 库区顺层岩质岸坡的结构特征19-21
• 2.3 顺层岩质边坡稳定性影响因素21-26
• 2.3.1 岩性21-22
• 2.3.2 岩层倾角及其变化大小22
• 2.3.3 结构面22-24
• 2.3.4 水的作用24-25
• 2.3.5 地震25-26
• 2.3.6 人类工程活动的影响26
• 2.4 顺层岩质边坡变形破坏模式26-31
• 2.4.1 平直层面顺层岩质边坡的破坏模式26-30
• 2.4.2 变倾角顺层岩质边坡的破坏模式30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 3 岩体中结构面的动力学特性分析33-49
• 3.1 循环荷载作用下节理剪切特性的概念模式33-34
• 3.2 节理剪切变形机制分析34-38
• 3.3 循环荷载作用下节理的应力应变关系38-47
• 3.3.1 节理的法向刚度42-43
• 3.3.2 节理的切向刚度43-44
• 3.3.3 节理的初始起伏角44-46
• 3.3.4 节理的损伤系数46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 地震作用下顺层岩质边坡动力稳定性的数值模拟研究49-73
• 4.1 地震作用下边坡稳定性分析的拟静力法49
• 4.2 地震作用下基于安全系数时程曲线法的动力稳定性分析49-61
• 4.2.1 有限元动力平衡方程49-50
• 4.2.2 动力稳定性评价指标50-52
• 4.2.3 模型及参数设置52-53
• 4.2.4 网格尺寸的选取53
• 4.2.5 地震波输入53-55
• 4.2.6 动力安全系数计算55
• 4.2.7 计算结果分析55-61
• 4.3 地震作用下基于强度折减思想的边坡动力稳定性分析61-65
• 4.3.1 动力强度折减法简介61-63
• 4.3.2 算例分析63-65
• 4.4 频发微震作用下考虑结构面退化的边坡动力稳定性分析65-71
• 4.4.1 考虑结构面退化的计算步骤66
• 4.4.2 算例分析66-71
• 4.5 本章小结71-73
• 5 顺层岩质边坡动力安全系数的影响因素研究73-89
• 5.1 引言73
• 5.2 计算模型及参数设置73-74
• 5.3 临界状态及滑面判断74-75
• 5.4 影响因素分析75-86
• 5.4.1 地震波频率对边坡动力安全系数的影响75-77
• 5.4.2 坡角对边坡动力安全系数的影响77-80
• 5.4.3 岩层倾角对边坡动力安全系数的影响80-82
• 5.4.4 坡高对边坡动力安全系数的影响82-84
• 5.4.5 结构面间距对边坡动力安全系数的影响84-86
• 5.5 本章小结86-89
• 6 频发微震作用下三峡库区顺层岩质边坡动力响应及变形分析89-117
• 6.1 工程地质概况89-90
• 6.2 三维有限元模型及参数说明90-93
• 6.2.1 模型的建立以及计算设置90-92
• 6.2.2 地震荷载的输入92-93
• 6.3 计算结果分析93-114
• 6.3.1 工况一的计算结果分析93-105
• 6.3.2 工况二的计算结果分析105-114
• 6.4 本章小结114-117
• 7 结论与展望117-119
• 7.1 结论117-118
• 7.2 展望118-119
• 致谢119-121
• 参考文献121-127
• 附录127
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录127
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研项目127

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  本文关键词：频发微震作用下顺层岩质边坡的稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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