地震作用下库岸堆积体斜坡动力响应及变形机理研究

发布时间：2018-05-10 15:31

  本文选题：汶川地震 + 紫坪铺工程　； 参考：《成都理工大学》2016年博士论文

【摘要】：我国地处世界上两条最活跃的地震带之间,东有环太平洋地震带,西有喜马拉雅山一地中海地震带,客观上决定了我国地震较多且分布广,近年来全球迎来地震活跃期,而频发的地震引发了大量地质灾害。堆积体在青藏高原周围分布广泛,也是人类居住区的主要场所,地震作用下库岸堆积体破坏失稳带来的危害性极大。汶川地震后,学者对强震作用下岩质斜坡的动力响应特性关注较多,对库岸堆积体斜坡关注较少。因此,深入开展库岸堆积体斜坡的动力响应及变形机理相关研究则极具基础性研究意义。紫坪铺水利枢纽工程左岸坝前堆积体距汶川地震震中17km,该堆积体埋设了长期稳定性变形监测设备,变形监测历经了综合整治以及汶川地震时期,积累了宝贵的第一手资料。本文以汶川地震对该坝前堆积体的影响为例,通过展开现场调查和变形监测数据分析工作,对坝前堆积体的区域地质背景、工程地质特性、地震前失稳模式、地震前后变形迹象进行分析;通过对钻孔测斜仪变形位移与孔深关系曲线图分析,对汶川地震前后坝前堆积体的稳定性进行定性分析;引入数学统计分析方法,对地震前后的监测数据进行滤波处理以及多元回归分析,探索各主要影响因子和时间序列模型的规律特征;通过振动台模型试验和FLAC3D数值模拟,对汶川地震作用下的坝前堆积体响应进行研究,深入探索库岸堆积体斜坡在不同地震参数和库水位条件下的动力响应及变形机理。得到以下主要成果和认识:(1)通过对汶川地震前后坝前堆积体变形监测数据变化的对比分析,运用关联度分析、完整性指标和破坏性指标、分形理论对坝前堆积体稳定性分析。结果表明,汶川地震瞬间使坝前堆积体产生位移突变,地震后坝前堆积体位移变形矢量方向整体表现出较好的一致性。汶川地震后,坝前堆积体整体完整性有所降低,且随监测点高程降低而完整性降低,同时Hurst指数也反映出同样的降低规律。(2)运用关联度对坝前堆积体进行分析,地震前坝前堆积体处于无序排列状态,地震后则处于比较有序排列状态。对坝前堆积体地震前后的各主要影响因子进行梳理,建立变形位移量与主要影响因子间的定量关系。运用多元回归分析表明,汶川地震使得时间效应和库水位对变形位移量的影响减弱,而降雨量影响有所增强。运用时间序列分析,建立地震前后坝前堆积体变形时程变化ARIMA模型。(3)通过对坝前堆积体进行地质模型概化,进行流固耦合下的动力数值模拟计算。结果表明,地表监测点的最大主应力和最小主应力监测点随高程变化呈现一个“E”字形,PGA放大系数成“S”字形,地表监测点的位移随着高程的增加则表现出“小-大-小”;垂向上监测点的最大主应力和最小主应力监测点随高程增加呈现非线性递减关系,PGA放大系数随高程增加则整体上表现出明显的放大效应,监测点位移随着高程的增加则表现出递增趋势;在有库水位工况下滑面处孔压在地震过程中有激增的变化现象。(4)利用振动台模型实验技术,在充分对比遴选相似材料、尺度、测量等研究的基础上,对半库、满库、空库三种库水工况分别开展了振动台模型试验。通过模型试验,揭示了相关工况下不同类型地震波下的动力响应规律、堆积体变形破坏迹象以及其演化机制。通过振动台模型试验成果得到以下结果:(1)库岸堆积体斜坡具有明显临空面放大效应和高程放大作用,其中堆积体的PGA放大系数明显大于基岩的PGA放大系数;不同频谱下的PGA放大系数规律是基本一致,即茂县波15Hz正弦波10Hz正弦波5Hz正弦波。在同一水平面上,越接近坡面,PGA放大效果越明显,增大幅度也越大。(2)各监测点PGA放大系数直观反映了堆积体在地震作用下的响应程度,试验中PGA放大系数随着震动强度增大而减小,说明堆积体的响应程度在逐渐减弱。(5)在半库、满库、空库三种库水工况下,库岸堆积体斜坡的变形破坏迹象以及形成演化机制不同,其中空库无水工况下为“拉裂-剪切”破坏机制,失稳运动形式为推移式;而在半库和满库水位工况下为“塑流-拉裂”破坏机制,失稳运动形式为牵引式。(6)对于有库水工况下库岸堆积体斜坡,受地震作用的超孔隙水压力和惯性力共同作用,孔隙水压力在地震瞬间增加,这使得堆积层中液化程度瞬间加深,同时变形也有增加,库水浸泡的堆积体部分首先坍塌,从而进一步导致滑坡失稳破坏。对于空库无水工况下库岸堆积体斜坡,由于地震波对库岸堆积体施加循环荷载,促进库岸堆积体中的颗粒间隙发展和累积,库岸堆积体斜坡中的软弱夹层因瞬间震动而全面溃散,产生滑坡和崩塌。
[Abstract]:Based on the analysis of the influence of Wenchuan earthquake on the rock slope before and after the Wenchuan earthquake , this paper analyzes the stability of the front rockfill dam in Wenchuan earthquake . ( 2 ) The results are as follows : ( 1 ) The maximum principal stress and the minimum main stress monitoring point of the surface monitoring points show an " E " shape with increasing elevation . ( 5 ) Under the condition of reservoir water under the condition of reservoir water , there are no signs of deformation and failure of the slope of the bank , and the formation and evolution mechanism is different .

【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.27
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本文编号：1869865