反倾岩质滑坡成因机制及动力响应研究 ——以汶川地震诱发罐滩滑坡为例

论文摘要

罐滩滑坡位于四川省安县雎水镇团结电站雎水河右岸,受汶川地震及震后暴雨作用,于2008年5月12日晚22:0023:00发生大规模整体滑移破坏,堵塞河道,形成安县罐滩堰塞湖。滑坡滞后地震8h,属典型地震后效滑坡。天然斜坡发育于存在软弱基座的反倾斜坡中,且坡体岩性上部为白云岩、下部为泥岩,对于这种上“硬”下“软”结构的反倾岩质斜坡发生地震后效型滑坡的成因机制及地震动力响应特征研究有一定的意义。因此通过野外详细地质调查,在阐明滑坡地质环境条件的基础上,描述了滑坡的基本特征及坡体结构特征,结合滑坡变形破坏特征,定性分析滑坡的成因机制演化,最后用3DEC离散元数值模拟软件对滑坡破坏过程进行模拟,得出斜坡在地震作用下的动力响应特征及在降雨作用下的破坏过程,综合定量分析了滑坡的成因机制。具体研究内容及成果如下:（1）罐滩滑坡发育于存在软弱基座的反倾斜坡中,位于龙门山江油-灌县断裂上盘,自然斜坡走向与断裂带近平行,其分支断裂F3-1滑坡坡体下部通过,上部基岩为T2j+l弱风化中厚层状白云岩,下部为T1f+t薄层紫红色泥岩和泥质粉砂岩互层,岩体破碎。滑坡前缘高程708m,后缘高程1180m,高差472m,沿河宽400m,纵向长度800m,滑坡总体坡度约45°,前缘由于开挖坡度65°,主滑方向99°,平面面积1.82×105m2,滑坡体积468万m3,形成的安县堰塞湖蓄水量约145×104m3,回水约2km。（2）滑坡变形破坏迹象主要表现为后缘拉裂及前缘压缩-倾倒。后缘分布多条长大拉裂缝,而前缘由于堰塞湖开挖揭露岩层有与基岩相同的层序,但倾角发生明显变化,表明斜坡有向河谷方向倾倒的趋势。（3）滑坡形成机制和发展过程可以定性分为3个阶段:自然斜坡的压缩-倾倒变形、地震作用潜在滑面形成但并未完全贯通,降雨作用滑面贯通斜坡整体破坏阶段。（4）数值模拟显示地震作用下,斜坡动力响应特征表现为对输入地震波存在垂直放大和临空面放大作用,且垂直放大效应较临空面放大效应更为显著。斜坡加速度放大系数总体上水平加速度放大系数大于竖向加速度放大系数,即水平加速度放大效应更为显著,速度放大效应亦有同样规律。（5）数值模拟结果显示地震作用下最小主应力值在坡表可达1.75Mpa,即坡面出现拉应力,拉裂缝出现;从位移特征来看,X向位移最大7.5cm,Y向位移最大21cm,滑坡塑性区并未完全贯通,因此滑坡并未发生;而降雨作用下的数值模拟结果显示滑坡塑性区完全贯通,滑坡发生破坏。因此,调查和分析表明,下软上硬的坡体结构是滑坡产生的基础,强烈的地质构造活动背景是其产生的重要条件,强烈的地面震动和高强度暴雨是导致滑坡产生的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 选题依据与研究意义
• 1.2 反倾边坡研究现状
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 反倾边坡破坏影响因素分析
• 1.2.3 反倾边坡变形破坏特征及失稳模式
• 1.2.4 反倾边坡稳定性研究方法及研究现状
• 1.2.5 边坡地震动力响应研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第2章 研究区工程地质条件
• 2.1 自然地理
• 2.2 地形地貌
• 2.3 地层岩性
• 2.4 地质构造
• 2.5 水文地质
• 2.6 地震
• 第3章 罐滩滑坡基本特征
• 3.1 概述
• 3.2 滑坡边界条件
• 3.2.1 滑坡后壁
• 3.2.2 上游边界
• 3.2.3 下游边界
• 3.2.4 滑坡前缘
• 3.3 滑坡结构特征
• 3.3.1 斜坡结构特征
• 3.3.2 滑体分区特征
• 3.3.3 滑带
• 3.3.4 滑床
• 第4章 罐滩滑坡成因机制分析
• 4.1 滑坡变形破坏特征
• 4.1.1 后缘拉裂特征
• 4.1.2 前缘变形特征
• 4.2 滑坡产生的影响因素分析
• 4.3 滑坡变形破坏过程演化定性分析
• 第5章 罐滩滑坡变形破坏离散元数值模拟
• 5.1 离散元法的基本原理及方程
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 基本方程
• 5.2 模型建立
• 5.2.1 3DEC 软件基本特点及优势
• 5.2.2 模型建立与导入
• 5.2.2.1 ANSYS 软件中模型建立
• 5.2.2.2 ANSYS 模型导入3DEC 软件
• 5.2.2.3 模型特点
• 5.2.3 边界条件设定及动荷载加入
• 5.2.3.1 天然状况下边界设定
• 5.2.3.2 地震状况下边界设定及动荷载输入
• 5.3 物理力学参数选取
• 5.4 罐滩滑坡离散元数值模拟结果分析
• 5.4.1 斜坡地震动力响应特征分析
• 5.4.1.1 坡体速度动力响应分析
• 5.4.1.2 坡体加速度动力响应分析
• 5.4.2 滑坡变形破坏全过程演化分析
• 5.4.2.1 天然状况下斜坡应力场分布
• 5.4.2.2 地震作用下斜坡变形破坏
• 5.4.2.3 震后降雨作用下斜坡整体破坏失稳
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得学术成果