【摘 要】
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“5.12”汶川地震引发的大量滑坡给灾区群众带来了一场巨大灾难,造成极其惨烈的伤亡与不可估量的经济损失。根据调查,汶川地震触发岩质滑坡的地质条件共性是,山体呈层状碎裂结构特征,坡体节理非常发育,尤其是顺倾层状碎裂结构岩质边坡,在地震作用下极易触发滑坡灾害,因此,对顺倾层状碎裂结构岩质边坡的研究任务十分紧迫,意义重大。本文以顺倾层状碎裂结构岩质边坡为主要研究对象,围绕地震动力响应规律与失稳破坏机理的
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“5.12”汶川地震引发的大量滑坡给灾区群众带来了一场巨大灾难,造成极其惨烈的伤亡与不可估量的经济损失。根据调查,汶川地震触发岩质滑坡的地质条件共性是,山体呈层状碎裂结构特征,坡体节理非常发育,尤其是顺倾层状碎裂结构岩质边坡,在地震作用下极易触发滑坡灾害,因此,对顺倾层状碎裂结构岩质边坡的研究任务十分紧迫,意义重大。本文以顺倾层状碎裂结构岩质边坡为主要研究对象,围绕地震动力响应规律与失稳破坏机理的课题,结合振动台试验、理论研究、数值模拟三种研究手段,以映秀-卧龙公路K24滑坡工程为例,对顺倾层状碎裂结构岩质边坡处于不同结构面强度时的地震动力响应规律、失稳破坏机理及破坏模式特征进行了系统和深入的研究,主要研究结果、内容及意义如下:(1)以映秀-卧龙公路K24滑坡工程实例为原型边坡,设计了三种不同结构面强度参数的岩质边坡物理模型,并制定对应的振动台试验方案,包括确定模型材料最优配合比,模型的边界条件,试验相关设备以及测试系统布置,边坡模型设计,传感器的安装与调试,地震输入波的选用,模型的吊装运送等,采集内容包括边坡模型各监测点的加速度时程数据、边坡破坏影像等。(2)对振动台试验结果进行处理并分析,重点研究了结构面强度对边坡水平与垂直地震动力响应的影响。结果表明,边坡模型的水平动力响应特征具有明显的趋高趋表效应;结构面强度对水平动力响应具有很大的影响,在微震作用下,水平PGA放大系数随坡体结构面强度的减弱而增大,在中震和强震作用下,水平PGA放大系数随坡体结构面强度的减弱而降低;垂直PGA放大系数与输入波振幅的相关性随结构面强度增大而增大。(3)根据振动台模型破坏现象,归纳总结出两种破坏模式:“裂纹扩展-整体滑动破坏模式”和“裂纹扩展-整体溃散破坏模式”,综合两种破坏模式分析得到,坡体结构面强度能够对边坡破坏模式起到十分重要的影响,坡体结构面强度越强,边坡破坏形态以更为刚性的整体脱离母岩,从而形成阶型破坏面;坡体结构面强度越弱,边坡越容易失稳,破坏形态以拟流态的形式溃散,形成更为缓平广阔的新坡面。(4)基于断裂力学原理与弹性力学理论对顺倾层状碎裂结构岩质边坡在地震作用下的失稳破坏机理进行了深入的理论研究。分析了起始裂纹扩展的几何条件和应力条件,推导出最危险起始裂纹角的计算公式,在对断裂面进行简化的基础上,推导出水平地震作用下滑坡后缘裂纹扩展的地震临界加速度计算公式,并基于滑坡后缘断裂带完全贯通的条件下,考虑临床弹冲效应、峰残强降效应和波动震荡效应对顺倾层状岩质边坡破坏的作用,并利用启动速度理论公式对东河口滑坡与K24滑坡启动的影响因素进行具体分析。(5)利用UDEC对K24滑坡进行数值模拟,根据模拟结果重点研究结构面强度对边坡的加速度、速度以及位移动力响应的影响。结果表明,在即将达到坡顶的高程段中,结构面强度越低,水平与垂直两个方向的PGA放大系数增长速度越快。当法向刚度与切向刚度均降低到2GPa·m-1后,滑坡启动速度与坡面永久位移剧烈增大。并归纳了映秀-卧龙公路K24滑坡的在不同结构面强度下的两种破坏模式:“坡面初始位移-水平地面碎裂-坡脚翘起破坏-滑体倾倒破坏模式”与“坡面初始位移-水平地面振飞-坡脚挤压破坏-滑体溃散破坏模式”。(6)研究成果揭示了结构面强度变化给顺倾层状碎裂结构岩质边坡的振动带来的影响作用,由此,能够根据地震频发地区因各种因素导致岩质边坡结构面强度下降,科学合理地预测碎裂结构岩质边坡的振动变化趋势以及可能产生的滑坡破坏模式,例如,针对滑坡隐患区的密切监测,除了位移监测以外,还可以通过原位转孔取芯,在室内测试地层间的结构面强度,建立结构面强度变化曲线,再结合本文研究成果,能够大致预测出边坡的振动变化趋势,从而实现对地震频发地区制定合理的滑坡预警、人员疏散方案以及科学有效的防护措施的指导。
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