典型黄土滑坡启动机制及成灾模式研究

发布时间：2018-02-13 11:40

本文关键词： 地震黄土滑坡地震动响应规律离心机振动台数值模拟启动机制成灾模式　出处：《中国地质大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：我国西北黄土高原处于南北地震带北段,历史地震曾诱发了大量黄土滑坡,带来了严重的灾害效应,造成大量人员伤亡以及巨大经济损失,故而成为岩土工程界关注的焦点。本文选取甘肃天水地区为研究背景,综合利用野外调查、遥感解译、动三轴试验、电镜扫描SEM、离心振动台试验以及数值模拟等方法,在统计分析地震黄土滑坡的发育规律和分布特征的基础上,结合典型地震黄土滑坡的测量解析,从微细观角度分析了黄土、泥岩的动力学特性及损伤效应,研究了一般黄土边坡的地震动响应规律及破坏特征,并以此为基础反演了大型黄土-泥岩滑坡的地震动过程,从而探索该类地震滑坡的启动机制、运动过程及成灾模式。最终在地震黄土滑坡分布规律、典型地震黄土滑坡特征、黄土边坡地震动力学性能及其损伤效应、典型地震黄土滑坡破坏机理、启动过程、运动方式和成灾模式等方面取得若干探索性进展,主要研究成果包括：1.统计了地震黄土滑坡的基本类型和分布特征。(1)根据滑坡体物质组成、滑动面及剪出口形态,并考虑历史地震后的侵蚀作用,将区内滑坡归纳为：震裂崩滑、震动剪切、震后蠕变以及复合型四类；(2)控制大型黄土滑坡发育的关键是新近系泥岩中发育的软弱夹层,主要有5类：a完全剪切-柔皱劈理型,b完全剪切-剪切破碎型,c完全剪切-剪切搅乱型,d不完全剪切-裂隙型,e不完全剪切-裂隙追踪型。(3)区内大型黄土滑坡的等效摩擦系数与滑坡最大高差、水平距离、面积和体积之间有较好相关性。(4)初步建立天水地区地震黄土滑坡数据库,并统计其分布规律：在震中烈度区呈“片状”分布,沿活动断裂带及河流水系呈“线、带状”分布,且分布于海拔1300 m-1700 m、坡度9°-27°区域,并且坡向多朝南等特征。2.研究了黄土和泥岩的动力学特性和动力损伤效应。(1)黄土和泥岩的动弹性模量均随动应变的增加逐渐减小,并随围压的增加曲线上移。黄土及泥岩的动应力-应变趋势随着围压的增加而增大,围压较低时需较多振次使试样达到破坏标准。相同破坏振次下,围压越低,岩土体越易于破坏。动剪应力比大于一定范围值时,岩土体能在一定周期动应力作用下能达到相应破坏。地震的强度以及岩土体自身材料对岩土体动力学强度影响较大。(2)泥岩的动力损伤效应表现为：在动荷载作用下剪切破坏面上的颗粒排列平整度略差,强度较高岩体剪切面上的土颗粒排列逐渐趋于凌乱,颗粒之间更松散,发生剪胀。而强度较低岩体颗粒排列逐渐趋于平整,颗粒之间更紧密,发生剪缩。3.初步揭示了黄土边坡的地震动响应规律。黄土边坡的地震动响应规律有趋表效应、高程效应、地震波效应以及岩性效应：(1)黄土边坡内部水平向和垂向加速度响应均呈非线性,加速度放大效应随高程增加而增大,且水平向大于垂向,还呈现出趋表效应。(2)随坡高和坡度的增加,地震动响应极值区在坡体的顶部和坡面浅表层范围内向深部逐渐扩展。(3)地震波振幅、特征周期和持时的增加引起坡体内部响应区域范围和量值增大。(4)岩土体特性对边坡地震动响应具有显著影响,含软弱夹层的边坡,因软弱夹层吸收了一定地震波,造成软弱带内部响应异常。4.结合细观和宏观角度分析了黄土边坡的地震动变形破坏特征和机理。(1)强震作用下黄土高边坡细观变形破坏机制为：反复的振动造成了岩土体损伤,改变了岩土体孔隙率,使得岩土体粘结力降低,最终降低岩土体抗剪强度。(2)宏观变形破坏机理为：①地震造成岩土体振动松动,在软弱夹层中产生应力集中,致使边坡内部岩土体振动不同步；②坡体后缘逐渐形成拉张破坏,中下部发生剪切破坏,存在累进性；③当应力集中超过边坡内部抗剪强度,累进性破坏加速,形成贯穿的弧形剪切带,滑体具有一定启动速度,即将发生滑动。5.探索了大型地震黄土滑坡的启动机制、运动过程及成灾模式。(1)大型黄土滑坡地震的动力学过程可分为五个阶段：累进破坏、启动、剧动、持速运动和减速阶段。(2)大型黄土滑坡地震动过程中存在三种机理和六种效应：①启程剧动机理：波动振动效应、累进破坏效应、临床峰残强降加速效应和临床弹冲加速效应；②行程高速机理：滑体的加速效应和持速效应；③终程减速机理。(3)大型黄土滑坡的成灾模式是坡脚的低位剪出,其整个运动过程为高速远程的性质,因而产出距离远,致灾范围大。本文主要创新点归纳如下：(1)揭示了天水地区易滑地层结构特征,并建立了区内地震黄土滑坡数据库,统计了地震黄土滑坡的发育分布规律。对地震黄土滑坡的破坏特征进行了分类,并重点剖析了这类典型的规模大、滑带深,且为黄土-泥岩切层的地震滑坡。(2)建立了天水地区典型黄土斜坡与黄土滑坡的地质力学模型,并开展了离心振动台试验与数值模拟研究,揭示了典型黄土斜坡的地震动力响应过程与规律。(3)在分析岩土体动力损伤效应基础上,结合典型黄土斜坡在地震动作用下微细观和宏观变形破坏特征,揭示了不同坡体结构类型黄土斜坡地震动变形破坏机制。(4)探讨了强震条件下大型黄土-泥岩滑坡的活动规律,揭示了大型黄土-泥岩滑坡的启动机制、运动过程及成灾模式。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22

【参考文献】