海原地震液化型黄土滑坡的成因机制研究

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我国是世界上黄土最为广泛发育的地区之一。而发育最密集的黄土高原地区,还属于板块运动非常强烈,地震现象非常频繁的地区。由于黄土本身的特殊性,例如大孔隙、垂直节理发育等所引起的震陷性和液化性。导致地震触发黄土滑坡现象非常严重,同时,这些地质灾害也给我国的财产带来了巨大的损失。特别是1920年12月的海原环球大地震,更是诱发了不计其数的黄土地震滑坡,给灾区带来了严重的危害。本文以海原大地震诱发的宁夏西吉县夏家大路滑坡为例,对地震引起的黄土液化型滑坡的成因机制进行研究。在搜集了研究区详细的地质资料的基础上,通过现场勘察、室内试验、理论分析和数值模拟等方法,对滑坡的基本特征、滑坡区黄土的液化机理、滑坡的成因机制进行了系统的研究,研究结果如下:(1)夏家大路滑坡是1920年海原8.5级大地震期间形成的大型地震黄土滑坡,滑坡原始坡角较缓,约17°。主滑方向102°,滑动距离约200米,滑坡体体积约130万m3;根据现场调查显示,滑坡在海原地震时,由于滑面处的黄土层发生液化现象,导致斜坡发生破坏,形成典型的地震液化型滑坡,具有低角度高滑速高滑距的特点;(2)对滑坡区黄土的基本物性、物质组成进行室内试验分析。然后对随机波作用下的黄土进行动力特性试验,得到了随机地震波作用下黄土的应力一应变关系,并且通过对比试验研究黄土静、动强度的差别以及饱和度对黄土强度的影响;(3)在现场得到滑坡液化成因的证据后,对夏家大路滑坡区黄土的液化可能性进行了分析。先通过基本物性进行初判,在得出液化的可能性后,对滑坡区原状黄土进行室内三轴试验。通过模拟不同深度下黄土在随机地震荷载作用下的液化性,继而分析出黄土的液化特性(包括孔压、应变发展曲线以及孔压-应变曲线)。然后对液化前后的黄土体进行电镜扫描试验,分析液化对其微观结构的影响。最后,提出饱和黄土的液化机理,并从有效应力原理以及库仑定理进行解释。(4)根据试验得出黄土的饱和度对液化的影响,对比滑坡区地下水条件进行分析,然后结合地震力条件,提出滑坡是由于黄土层液化形成的。然后对液化型黄土滑坡的成因机制进行详细分析。(5)结合滑坡区实际情况,通过FLAC3D(连续介质快速拉格朗日差分法)数值模拟软件,对斜坡在滑动前的天然状态、地震力作用下的受力、变形情况进行分析。然后通过使用陈育民在Finn模型上开发的可计算土体液化的PL-Finn模型,在导入地下水位线后,对斜坡进行液化模拟,研究其变形情况,并对比分析黄土液化对斜坡变形的影响。最后将数值模拟结果与实际情况进行反馈,对液化型黄土滑坡的成因,提出解释分析。
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