地震荷载下斜坡变形破坏机理研究——以澜沧江输油管道跨越工程为例

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hudaye1234
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地震对斜坡的影响很大,地震诱发斜坡滑动是地震后的次生灾害之一。穿越澜沧江的某输油气管道工程是我国正在实施的重要工程建设项目。该工程跨越澜沧江岸坡断面位于小湾水电站水库区,岸坡经受长期的地质作用形成,赋存于特定地质环境之中,自然状态下处于稳定状态。在地震情况下,斜坡岩土体因振动松散而强度降低,使得原处于平衡状态的斜坡稳定条件也将随之发生变化,失稳概率骤然变大。因此,探讨澜沧江输油管道分别在自然情况,地震烈度7度,8度,9度下的变形破坏表现形式,对于预测、预防地震诱发灾害,避免和减少因地震所造成的损失以及为地面建筑的址布局、为抗震设计提供参考或依据等,有重要的现实意义。   本文介绍了各种地震波在岩土体中的作用方式,以及地震作用下斜坡破坏形式。运用有限差分动力学原理所需要的屈服准则和数值计算模型的尺寸要求,动力波的输入形式和边界条件约束等,建立计算模型。   在Matlab上用三角级数法人工合成地震波,实现人工合成0.1g,0.2g和0.4g的地震峰值加速度,然后将地震加速度一次积分转换成速度时程,再对速度时程进行一次积分,转化成所需要的应力时程。最后在FLAC中以table的形式调用地震波应力时程。   最后运用FLAC3D对澜沧江左岸某斜坡进行地震作用下斜坡的稳定性数值模拟,采用莫尔—库伦本构模型分析澜沧江某岸坡在地震波作用下应力和位移矢量变形变化情况。通过人工合成加速度时程的地震波,利用积分转换成应力时程从斜坡底部输入到斜坡模型,并对其模拟结果分析。通过逐一改变地震波传播作用的大小(地震烈度大小),来探讨澜沧江斜坡在地震动力下的变形破坏规律。   文中模拟结果分别从应力和变形两方面说明斜坡在动力下稳定性的判断。自然情况下澜沧江输油管道跨越斜坡,在坡脚出出现部分的应力和应变的集中,这是属于正常的现象。因为河水的冲刷,导致斜坡底部的岩土层软弱,从自然情况下斜坡的最大不平衡力收敛情况来看,收敛情况良好,并没有出现沿着某直线的线性现象。斜坡最大不平衡力达2.503×108N。最大不平衡力从峰值回落逐渐减小最终趋近于零,随着时间的推移,不平衡力逐渐消散均化到岩体中去,使岩体的扰动逐渐减小,最终趋于平衡。应力云图和应变云图没有出现贯通的迹象,因此,天然情况下,斜坡是稳定的。   在地震烈度7度,8度,9度条件下,坡体加载过程中的斜坡岩体速度矢量图、加载时间的斜坡位移矢量图及最大、最小主应力图可以看出,斜坡的破坏程度随振幅的增大而增强。当振幅从0.1g增加到0.4g时,动荷载作用影响越来越显著。不同烈度,地震持时不同,地震烈度7度下,地震持时20s,8度下持时36s,9度下地震持时60s。   从图5-13~5-36可看出斜坡的变形和破坏过程大致为顺层滑移—压致拉裂破坏。在振幅达到0.2g时,斜坡的变形破坏明显,拉裂隙外侧的变形体在地震力与重力的共同作用下出现了水平抛射的现象。   地震烈度7度下,坡脚处出现了集中应力,坡脚处某点潜在滑面的观测点,最大水平位移量达到了10.5cm,出现局部的拉裂贯通面。出现局部的线性增长。最大主应力达到了1.58×108Pa,最小主应力是4.43×107Pa,中间主应力是6.97×107Pa,按照岩体发生张性破裂的应力判据,7度下的地震烈度略超过下伏基岩的抗压强度,因此可以认为该斜坡将会发生失稳。   在地震烈度8度情况下,随着地震动作用的放大,坡脚处集中应力逐渐增大,范围增大,形成了贯通的拉裂面,最大水平位移量达到了152cm,应力应变呈现线性增长。斜坡将会失稳。最大主应力达到了1.04×109Pa,最小主应力是2.69×108Pa,中间主应力是4.33×108Pa,按照岩体发生张性破裂的应力判据,8度下的地震烈度超过基岩的抗压强度,因此可以认为该斜坡将会发生失稳。   在地震烈度9度情况下,最大水平加速度为0.4g,坡脚处出现拉应力,坡中和坡肩出现压应力,形成贯通的破坏面,斜坡失稳,最大水平位移达到了197cm。由于地震能量成倍的释放,跨越澜沧江斜坡的输油管道将会受到严重的威胁。最大主应力达到了1.06×109Pa,最小主应力是2.74×108Pa,中间主应力是4.40×108Pa,按照岩体发生张性破裂的应力判据,9度下的地震烈度超过基岩的抗压强度,因此可以认为该斜坡将会发生失稳。由于地震能量成倍的释放,跨越澜沧江斜坡的输油管道将会受到严重的威胁。
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