简谈斜坡机理强震条件下层状岩体斜坡动力失稳机理

摘要:在龙门山地区诱发形成了大量崩塌、滑坡地质灾害,造成了严重的人员伤亡和财产损失,同时也为强震区斜坡失稳机理探讨提供了丰富的案例。开展强震区斜坡动力失稳机理探讨,对于开展强震区的防灾减灾工作具有重要作用。本论文作者通过对龙门山地区茶坪河、雎水河、绵远河、石亭江流域地震次生崩滑灾害现场调查,系统探讨了崩滑灾害发育分布规律及影响因素,同时结合对典型层状结构滑坡的调查,对不同结构层状斜坡的失稳机理进行了探讨。在此基础上,利用大型振动台试验,比较了软硬不同介质的陡倾顺层及反倾斜坡的强震破坏历程机制及动力响应特点。并结合数值模拟浅析和力学计算对强震斜坡的破坏在何处、破坏面如何扩展贯通及贯通后坡体如何失稳的相关不足进行了浅析和探讨。论文的主要成果及结论如下:(1)通过对强震数字台网记录数据的浅析,探讨了龙门山地区地震波加速度峰值的分布特点。探讨发现,地震波加速度峰值等值线分布为一个长轴平行断层,短轴与断裂带近垂直发育的椭圆。垂直向震动在传播历程中的峰值衰减远高于水平向,且具有发震断裂汶川卧龙至绵竹清平段上盘垂直向峰值接近或大于水平向的特点。并结合崩滑灾害解译数据提出了用速度峰值作为崩滑灾害发育密度衡量的描述策略。(2)通过对遥感解译的地质灾害资料的浅析,阐述了地震次生灾害的分布特点,浅析了崩滑灾害在不同断层距、高程、坡度、滑动方向、岩性以及坡体结构等地质要素中的发育分布规律,并进一步采取多元统计策略浅析了灾害分布的关键因素。探讨认为,强震区的地震波加速度峰值加速度幅值决定崩滑灾害的区域分布,而斜坡结构特点则决定斜坡具体如何失稳。(3)在调查探讨区内典型崩塌滑坡破环形态和失稳机理的基础上,总结了不同结构斜坡的失稳机理。探讨表明反倾斜坡在强震下具有拉裂—滑移(岩层倾角50°)和拉裂—剪出(岩层倾角20°)两种失稳方式;顺层斜坡则体现为简单顺层面滑移(层面倾角大于坡脚)和滑移后溃曲或剪断坡脚两种方式。(4)为了探讨斜坡结构对斜坡震动响应的制约作用,开展了陡倾斜坡的大型振动台试验。对硬岩的顺层反倾、软岩的顺层反倾四类斜坡结构的动力破坏特点和响应特点进行了浅析探讨。对边坡模型的PGA放大效应,损伤发育历程、模态特性分别开展探讨,探讨发现:①斜坡的坡体结构与岩性对斜坡的加速度高程放大效果有着显著影响。层状斜坡在拉裂贯通后的锁固段破坏历程中,顺层斜坡体现为坡脚的溃曲,而反倾斜坡则呈现坡体中部剪出错断的特点。②斜坡对地震波的放大显著出现于1/2坡高以上,且水平震动的放大显著强于垂直震动。顺层斜坡的加速度放大主要产生于于斜坡浅表层,而反倾斜坡则趋向于具有更大的影响深度和破坏。③损伤浅析能够较好的浅析斜坡的破坏历程:不同斜坡在地震历程中的损伤发育流程具有显著的差别,顺层斜坡的损伤影响区域位于坡顶至坡脚一定深度部位,反倾斜坡的破坏影响区则主要位于斜坡中上部,具有较深的横向深度。探讨结果同时也说明了软岩介质斜坡由于具有一定的变形性能,震动历程中一定程度上能够弥补系统的损伤。④通过模态浅析手段确定的系统阻尼变化能够体现不同斜坡失稳方式的差别:硬岩斜坡中阻尼变化波动剧烈,软岩则较为平缓,反倾斜坡的阻尼变化比硬岩斜坡显著,表明其失稳时带来了更多的整体结构变化。(5)采取数值计算和力学推导策略针对地震斜坡的独特地质现象进行了浅析和探讨,针对斜坡会在何处产生破坏,破裂面如何扩展,破裂面贯通后如何失稳的一系列不足开展了浅析。①采取离散元策略对斜坡在动力响应历程中的材料应力增幅和节理应力增幅进行了计算,据此浅析了不同结构斜坡的破坏敏感区域,其中顺层斜坡位于坡脚,反倾斜坡则趋位于斜坡中部。②采取断裂力学论述结合有限元策略对动力条件下斜坡的坡内破裂扩展方式进行了浅析,建立了斜坡后缘拉裂和前缘破裂走势与加速度幅值的对应联系,揭示了强震滑坡形成陡立后缘拉裂和平缓前缘剪出口的力学机理。③通过对考虑垂直加速度条件下的滑块模型进行浅析,推导了块体失稳的力学公式,结合高位边坡的形态特点进行反算浅析,据此提出高位大型滑坡底面失稳优先以跳动方式前进的推断。关键词:地震滑坡论文斜坡振动台试验论文失稳机理论文斜坡动力响应论文灾害分布规律论文

    摘要4-6

    Abstract6-11

    第1章 前言11-22

    1.1 选题依据及探讨作用11-13

    1.2 国内外探讨近况13-18

    1.2.1 地震崩滑灾害分布规律及影响因素探讨近况13-15

    1.2.2 地震斜坡原因机理及动力响应特点探讨近况15-17

    1.2.3 层状结构斜坡的动力稳定性不足探讨近况17-18

    1.3 探讨内容及技术路线18-22

    1.3.1 主要探讨内容18-19

    1.3.2 论文技术路线19-20

    1.3.3 论文的主要成果20-22

    第2章 地质环境条件22-36

    2.1 地理位置22-23

    2.2 地形地貌23-24

    2.3 地层岩性24-27

    2.4 地质构造27-33

    2.5 中的断层活动33-36

    第3章 强震崩滑灾害分布特点及影响因素探讨36-78

    3.1 探讨区崩塌滑坡分布规律探讨36-48

    3.1.1 崩塌滑坡发育的断层距分布特点40-41

    3.1.2 崩塌滑坡发育的高程分布特点41-43

    3.1.3 崩塌滑坡发育的坡向分布特点43-45

    3.1.4 崩塌滑坡发育的坡度分布特点45-46

    3.1.5 崩塌滑坡发育的岩性分布特点46

    3.1.6 崩塌滑坡发育的坡体结构分布特点46-48

    3.2 龙门山地区斜坡破坏与动力环境48-61

    3.2.1 龙门山地区地震峰值加速度分布特点49-57

    3.2.2 龙门山地区崩滑灾害发育与地震波能量分布57-61

    3.3 探讨区灾害发育关键因素浅析61-68

    3.3.1 主成份浅析策略的数学模型61-62

    3.3.2 相关矩阵及适宜性检验62-65

    3.3.3 因子浅析成果65-68

    3.4 斜坡的阻尼与坡形特点对震动的影响68-77

    3.4.1 阻尼对斜坡动力响应的影响68-73

    3.4.2 斜坡动力响应中的坡形制约作用73-77

    3.5 小结77-78

    第4章 强震条件下层状斜坡失稳机理探讨78-128

    4.1 探讨区崩滑灾害的发育特点79

    4.2 探讨区层状斜坡中的典型地震滑坡79-118

    4.2.1 罐滩滑坡82-93

    4.2.2 干河口滑坡93-100

    4.2.3 干磨房滑坡100-106

    4.2.4 天池乡高速远程滑坡106-111

    4.2.5 其他典型地震诱发崩滑灾害111-118

    4.3 强震条件下斜坡失稳机理探讨118-123

    4.3.1 强震条件下反倾斜坡失稳机理119-121

    4.3.2 强震条件下顺层斜坡失稳机理121-122

    4.3.3 地震峰值加速度强度与斜坡失稳机理122-123

    4.4 强震斜坡破坏的典型形态123-126

    4.5 小结126-128

    第5章 陡倾层状高边坡强震破坏机理的振动台试验探讨128-167

    5.1 试验原型的概化设计128-133

    5.1.1 相似定理和相似判据129-130

    5.1.2 模型设计与建造130-132

    5.1.3 模型输入地震波形设计132-133

    5.2模型宏观破坏现象及失稳流程机制133-141

    5.3 模型边坡的加速度响应特点141-149

    5.3.1 模型边坡不同幅值下的 PGA 放大特点141-146

    5.3.2 模型边坡不同频率下的 PGA 放大特点146-149

    5.4 基于损伤诊断的边坡破坏方式浅析149-161

    5.4.1 基于 HHT 变换的结构损伤识别150-154

    5.4.2 基于边际谱特点的模型损伤发育特点探讨154-161

    5.5 边坡模型加速度的传递函数特点探讨161-165

    5.5.1 功率谱密度与传递函数161-162

    5.5.2 模型边坡阻尼与自振频率特性162-165

    5.6 小结165-167

    第6章 强震斜坡动力失稳历程探讨167-181

    6.1 非连续介质的斜坡的动力响应特点167-171

    6.2 强震斜坡的破裂扩展方式探讨171-177

    6.2.1 破裂扩展模拟与断裂力学171-172

    6.2.2 不同动力环境下破裂扩展的优势方向172-176

    6.2.3 地震工况下斜坡破裂面的延伸形态176-177

    6.3 强震斜坡的失稳方式177-179

    6.4 强震条件下的斜坡破坏历程179-181

    结论181-183

    致谢183-184

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