【摘 要】
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地震常常造成山区斜坡次生灾害的发生,由此造成的人员伤亡和经济损失甚至远远超过地震带来的直接危害。以“5.12汶川大地震”为例,因其震级高且动力作用时间较长,导致四川、甘肃、陕西等地区遭受严重破坏。秦岭南部勉略宁变质岩地区地质条件复杂,区域内不稳定斜坡极为发育,其中以片岩反倾斜坡最为典型,其岩体结构性较差。研究该区域片岩反倾斜坡的动力响应特征及破坏机制,可为有效防灾减灾提供参考依据,具有一定的理论意
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地震常常造成山区斜坡次生灾害的发生,由此造成的人员伤亡和经济损失甚至远远超过地震带来的直接危害。以“5.12汶川大地震”为例,因其震级高且动力作用时间较长,导致四川、甘肃、陕西等地区遭受严重破坏。秦岭南部勉略宁变质岩地区地质条件复杂,区域内不稳定斜坡极为发育,其中以片岩反倾斜坡最为典型,其岩体结构性较差。研究该区域片岩反倾斜坡的动力响应特征及破坏机制,可为有效防灾减灾提供参考依据,具有一定的理论意义和工程指导价值。本文以勉略宁地区片岩反倾斜坡为研究对象,在开展野外地质调查的基础上,以勉县楼房村滑坡为例,利用无人机技术对该滑坡进行了快速工程地质测绘。利用岩石点荷载试验仪和MTS-815岩石力学试验机对典型反倾坡体岩石进行点荷载试验、常规单轴和常规三轴压缩试验,获取了典型片岩的物理力学特性,并开展了单轴循环压缩试验,揭示了片岩在不同频率条件下动弹性模量和动阻尼比随循环周次的变化规律。在此基础上,利用3DEC模拟研究了不同地震动幅值、岩层倾角和斜坡坡角对该区域片岩反倾斜坡动力响应特征的影响规律,深入探讨了楼房村斜坡在地震作用下的动力响应特征。本研究得到如下认识:(1)野外地质调查及统计分析结果显示,勉略宁地区片岩反倾斜坡的岩层倾角范围主要为32°~75°,斜坡坡角范围主要为35°~43°。(2)物理力学性质试验结果表明,研究区典型片岩的平均点荷载强度为0.45MPa,平均单轴抗压强度为10.29MPa,平均弹性模量为2.31MPa,平均泊松比为0.26;平均内摩擦角为42.8°,平均内聚力为1.63MPa。不同频率条件下的单轴循环压缩试验结果表明,在频率为1~3Hz的条件下,片岩动弹性模量随频率增大而降低,但动阻尼比则不受频率变化影响。(3)数值模拟研究揭示了片岩反倾斜坡各部位的水平向加速度放大系数具有明显的非线性高程放大效应、波动特性以及节律性趋表效应,坡体顶部水平向加速度放大效应较强,易于在地震荷载激振作用下发生变形破坏。斜坡各部位水平向加速度放大系数随地震动幅值的增加呈现先增大后减小的变化规律,在加速度幅值为0.2g时水平向加速度放大效应最为显著;岩层倾角为70°时其水平向加速度放大效应最强,比岩层倾角为30°时的最大水平向加速度放大系数增大了15.7%;随着斜坡坡角的增大,其水平向加速度放大系数逐渐增大,坡角45°时的最大水平向加速度放大系数比坡角30°的斜坡增大了20.9%。(4)在地震动幅值一定的情况下,地震波持时对于片岩反倾斜坡的动力响应影响并不显著,随着地震荷载的不断作用,片岩反倾斜坡坡顶处表现出明显的震裂现象,坡体岩层弯曲角度较大,坡角处存在鼓胀现象。(5)楼房村滑坡三维数值模拟试验结果表明:楼房村滑坡的加速度和速度动力响应与概化模型规律一致,表现出明显的波动特性、非线性高程效应和非线性趋表效应,水平向加速度在坡脚处有所抑制,而竖直向加速度在坡脚处并没有受到抑制;水平向加速度在坡体中上部放大效应强于竖直向加速度,而在坡体中下部竖直向加速度放大效应更加显著,说明在动力荷载作用时,坡体中上部的水平地震惯性力较强,中下部的竖直地震惯性力更加明显;水平方向上的速度响应强于加速度响应,而竖直方向上的加速度响应则比速度响应更加明显。综合地质分析和数值模拟结果,认为楼房村滑坡的变形破坏模式为:弯曲倾倒型过渡为滑移拉裂型。
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