汶川县飞沙关震裂斜坡变形演化过程数值模拟分析

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汶川5.12地震诱发了一类分布范围广、潜在威胁及规模大的震裂斜坡,其中一部分震裂斜坡离震中较近或岩体完整性较差,地震过程中滑移面未完全贯通,存在一定的锁固段,呈现出滞后于主震的滑坡;另一类震裂斜坡则由于离震中较远或岩体完整性较好,往往在震后一段时间甚至数年后才在连续强降雨作用下整体失稳,形成滑坡,给震裂斜坡的预测和防治带来严重困难。本文以汶川县飞沙关震裂斜坡为例,对震裂斜坡震后滑动作深入研究。飞沙关滑坡位于汶川县棉虒镇,G213国道飞沙关1#桥对面,斜坡在地震过程中并未失稳下滑,而是在震后暴雨作用下失稳,方量约3.72×104m3。本文首先对飞沙关滑坡进行现场调查,分析滑坡区工程地质条件、岩体结构特征、滑坡边界条件、物质组成等一系列基本特征;并取样进行岩体物理力学试验,得出岩土体物理力学参数,通过分析滑坡形成演化过程,提出其形成机理及破坏模式。然后运用三维有限差分法(FLAC3D)对滑坡形成演化的全过程进行详细论述,最后采用极限平衡分析的方法分析力学参数对斜坡稳定性的影响。通过以上研究,得出主要结论如下:(1)飞沙关震裂斜坡在开挖公路的状态下是稳定的,地震是其稳定性的主要影响因素,震后暴雨作用是斜坡失稳破坏的直接诱发因素。(2)滑坡区岩性为志留系茂县群第二组(Smx2)灰、绿色绢云千枚岩、绢云石英千枚岩,岩层面产状约260°~262°∠10°~15°,主要发育两组节理,其产状分别为L1:320°~325°∠80°~83°,L2:41°~45°∠61°~66°,其中L1、L2节理与层面的组合交线对斜坡的稳定性有不利影响。(3)试验结果显示,滑坡区岩体物理力学参数平均值为:岩石容重为26.03kN/m3,抗剪强度为C=3.66MPa,=74.74°,抗压强度为31.64MPa,弹性模量为2.202×104MPa,泊松比为0.27;结构面抗剪强度参数C=48.24kPa,=44.35°。(4)滑坡的破坏过程经历了前缘公路开挖、地震和震后暴雨三个阶段,其破坏模式为拉剪/楔劈-推移式。(5)数值模拟分析与实际情况符合:斜坡在地震过程中产生大面积塑性破坏区,但滑移面未完全贯通,斜坡中部形成锁固段,锁固段强度支撑斜坡在震后一段时间内仍为整体下滑,震后暴雨作用下斜坡主要发生竖向和水平的位移。(6)结构面抗剪强度对斜坡稳定性的影响程度不同,在地震工况下和震后暴雨工况下内摩擦角对斜坡稳定性的影响均大于内聚力对斜坡稳定性的影响。(7)地震导致斜坡力学参数衰减,结构面参数C变为原来的67.37%,衰减32.63%;结构面参数变为原来的55.47%,衰减44.53%。
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