近远震作用下大型黄土—泥岩滑坡动力响应与稳定性研究

来源 :中国地质科学院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:holdingmanzsk
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西北黄土高原及周缘地震构造十分发育,历史强震频发,岩土体工程性质较差、人员密集区及设施分布较为分散,地震黄土滑坡的灾害效应十分严重。根据全国地震危险性区划统计,黄土高原Ⅶ度及以上烈度区面积占比约64%;新世纪以来,在黄土高原规划了多处国家级城市群,伴随区内经济社会快速发展,面临地震地质灾害风险也必然升高,因此地震黄土滑坡形成机理研究对灾害防治和风险防控具有重要意义。论文以天水震区武山县黎坪村滑坡为例,按照野外调绘与工程勘察结合、原位与室内测试结合、动力响应与稳定性分析结合;试样与坡体尺度动力学研究结合、试验与数值模拟结合的思路,开展了近远震作用下大型黄土滑坡动力响应与稳定性研究工作,初步以下几点认识:1)分析揭示了黎坪村滑坡形态结构及地震变形特征。黎坪村黄土-泥岩滑坡位于西秦岭北缘断裂带地区、秦岭北缘与黄土丘陵地貌过渡带,渭河右岸次级支沟中;滑体具有分区特征且变形较为明显,边界模糊不清;该滑坡在剖面上表现为地层下硬上软、滑体深层多级、旋转平移式滑动的发育特征。2008年汶川地震导致主滑体发生滑动,滑动形式表现为拉裂-剪切滑移模式;而2013年岷县地震时,虽有震感但后缘仅出现微小裂隙,在坡体前缘见少量黄土溜滑现象,主滑体并无明显滑动迹象。2)揭示了黄土、泥岩基本动力学特征,验证泥岩双曲线本构模型以及考虑围压、含水率和频率对模型参数的影响,提出幂律增加和指数衰减两种数学模型。所测泥岩动力学数据符合动力学本构双曲线模型~?d=?_d(a+b?_d),相关性系数均在0.9以上;围压与参数a呈较好的负相关;频率对参数a、b值的影响不尽相同,本次试验数据统计分析表明参数a值先减小再增加,b值先增加再减小;含水率对参数b影响强于对参数a的影响;动剪切模量变化趋势与指数衰减模型相符,阻尼比变化趋势符合幂律增加函数模型,它们与影响因素之间的相关性系数均大于0.9,相关性程度较好。3)模拟揭示了近远震作用下滑坡动力响应特征。将近远震作用具象化为振幅大小、频率高低和持时长短等地震动要素变化,用于分析其对滑坡动力响应的影响特征。运用GDEM数值模拟,揭示了标准正弦波下不同工况滑坡的响应特征,结果显示:在不同地震动要素条件下分析,发现大于0.75倍的坡高时,监测点PGA放大系数基本随振幅增加而减小,当小于0.75倍的坡高时,监测点PGA放大系数基本随振幅增加而增大;监测点PGA放大系数随频率增加而减小;持时对坡体最大位移有显著作用;坡体对输入的震动波具有趋表效应和趋高效应;不同岩土层对某一频率范围震波具有选择性放大作用。结合野外地脉动测试,处理数据结果得到坡体覆盖层厚达到5-50m。场地的卓越频率主要范围大约在0.2~2Hz之间。4)探讨了黎坪村滑坡在汶川远震和岷县近震两期作用下的变形机理,初步开展了动力稳定性分析。在坡体自重应力(静力条件)作用下,根据滑坡安全系数及现场勘查结果显示,滑坡体基本保持稳定。对比汶川地震和岷县地震作用,坡体变形特征与相对高幅值、低频率、长持时的地震波密不可分,振幅对坡体失稳影响程度要大于频率对坡体失稳影响的程度,持时对坡体失稳影响程度相对最小。经过多种工况下测试,认为该坡体失稳临界幅值约为0.05g,临界频率约为5Hz。综合分析,目前黎坪村地震滑坡基本稳定,但如遇较强地震工况,特别是在结合降雨工况,极易引发再次滑动。
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