岩质边坡的地震动特性及基覆型边坡的滑坡成因机理、稳定性判识、危害范围评价体系的研究

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地震作用下边坡的动力稳定性分析涉及到工程地质学、岩土力学、地球物理学、地震工程学等多个学科的交叉,难度较大,目前仍存在很多亟待突破的问题,而我国西部特殊的地理条件和地震构造活动决定了边坡地震稳定性问题在该地区尤为突出。目前,我国的公路、铁路、水利等基础设施建设正处于高速发展时期,这就对边坡工程的稳定性判识和滑坡的危害性评价提出了更高的要求,以致现有的理论尚不能很好地满足这一需求。因此,开展边坡地震稳定性分析研究对降低地震滑坡灾害,给山区人民创造一个良好的生存环境,保障大型岩土工程设施的安全正常运营具有重要的意义:本论文在简要回顾边坡地震稳定性问题的研究历史与现状的基础上,以汶川地震为大背景,针对现阶段存在的相关科学问题,以地震作用下边坡的动力特性为主线,以现场调查、地震台阵实测数据、振动台试验、数值分析及理论分析为手段,探明地震作用下岩质边坡的动力特性,并在此基础上,以地震中破坏最为严重的基覆型边坡(本文定义:基覆型边坡是指表面分布一定厚度或范围覆盖层的岩质边坡,而由基覆型边坡滑塌所形成的滑坡称为基覆型滑坡)为研究对象,深入剖析基覆型边坡发生滑塌的成因机制,提出一套能够考虑地震动三要素(幅值、频率、持时)影响的基覆型边坡地震稳定性分析方法和预测地震诱发基覆型滑坡危害范围的评价体系。为此,本文主要完成以下研究工作:1.借助大型振动台试验、数值模拟及现场地震台阵的监测结果,研究了坡面角度、地震烈度、地震波输入类型、坡体类型以及局部坡体形态等因素对岩质边坡动力特性的影响,在上述研究成果的基础上,利用弹性波动理论推导了能够充分考虑地震波特性(持时、频率计幅值)的双面岩质边坡地震动响应的理论解,从理论计算的角度量化的揭示了地震作用下岩质边坡的动力特性。2.基于岩质边坡动力特性的研究成果,以基覆型边坡为研究对象,概化分析模型,借助新型时间-频率-幅值分析技术,结合振动台试验研究成果和数值分析结果,从时域、时频联合域两个方面系统的开展了地震作用下基覆型边坡的变形特征和滑塌成因机制的研究。3.随着对边坡动力稳定性问题研究的深入,已普遍认识到应用拟静力法进行边坡地震稳定性评价所存在的不足,边坡地震稳定性的时频分析方法已成为边坡工程抗震设计发展的趋势。本文基于弹性波动理论,概化地质分析模型,利用Hilbert-Huang变换,借助地震作用下基覆型边坡的变形特征和滑塌成因机制的研究成果,提出了基覆型边坡地震稳定性的时频分析方法,并且通过振动台试验和数值分析结果对其合理性进行了验证。4.长期以来,滑坡危害范围的预测模型中仅仅考虑了滑坡体积(V)、滑坡的最大垂直滑动距离(H)两个影响因素。然而,大量的研究成果表明,峰值地震动加速度、山体坡面的坡度等因素与滑坡分布、规模具有较好的相关性。因此,本文基于汶川地震滑坡灾害的调查结果,重点整理、分析了破坏最为严重的基覆型滑坡的灾害情况,利用地震动峰值加速度的衰减模型,建立了能够考虑山高HL、坡度θ、地震动峰值PGA以及滑塌体积V等因素影响的汶川地震诱发基覆型滑坡灾害危害范围的预测模型。
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