强震作用下陡倾顺层岩质边坡动力响应分析及失稳机制研究 ——以干磨坊滑坡为例

论文摘要

汶川8.0级地震以其强大的致灾力导致安县茶坪乡金溪沟两岸产生数百余处崩塌滑坡等地质灾害。干磨坊滑坡为典型的陡倾顺层岩质滑坡,滑坡位于千佛山境内金溪河右岸,由汶川地震诱发产生。本文以干磨坊滑坡为例,针对强震作用下陡倾顺层岩质边坡的动力响应及失稳机制展开研究。在总结干磨坊滑坡研究区工程地质条件的基础之上,对干磨坊滑坡的基本特征、结构特征、变形破坏迹象等进行归纳和总结,并对滑坡的成因机制进行分析。运用数值模拟技术及大型振动台试验对陡倾顺层岩质边坡的加速度动力响应、动土压力响应及塑性区演化趋势进行了研究。最终运用三维离散元数值模拟软件3DEC对干磨坊滑坡动力破坏的全过程进行详细的论述。通过上述的研究总结,主要得到以下几方面的结论:（1）汶川“5.12”地震发生时,坡体在长时间的地震动荷载作用下失稳形成滑坡。滑坡主滑方向约为80°,整体方量约为8.2×105m3,前缘与后缘相对高差190～210m。滑坡主要发生于古生界震旦系上统邱家河组(Zbq)强风化基岩当中,岩性主要为硅质板岩夹炭质硅质、页岩,岩层产状为:N10°W/NE∠51°,层间主要发育两组长大结构面。（2）在大量现场调查的基础上,对干磨坊陡倾顺层滑坡失稳后的动力破坏特征进行了总结:地震动力导致滑坡后缘及侧边界产生长大的拉裂光壁;滑坡中下部形成较大的堆积平台;滑坡后缘山脊平台处发育多组拉裂缝;滑床上可见大量滑动擦痕。（3）在滑坡基本特征研究基础之上,采用定性分析的方法对滑坡的成因机制进行了初步分析,主要分为以下三阶段:①坡体震裂松弛阶段;②滑坡下部岩体鼓出隆起、弯曲折断,潜在滑面形成阶段;③滑面贯通、滑坡整体失稳破坏阶段。（4）通过大型振动台模拟试验得到以下几点认识:①高程对水平向、竖直向加速度均有明显的放大作用,且PGA放大系数呈非线性增大趋势;②水平向加速度放大效应比竖直向加速度放大效应更为明显;③同一水平高程,在近坡表范围内,坡表的放大效应显著与坡体内部的放大效应;④随着模型输入地震幅值的增加,动土压力峰值首先在坡肩位置出现,继而在坡体中部出现,最终在模型破坏之前,动土压力值在模型坡脚处出现峰值。（5）数值模型对加速度响应的模拟结果与振动台模拟结果基本一致。模型边坡塑性屈服区的产生与地震波的施加密切相关。模型边坡坡顶处首先出现了以拉裂破坏为主的塑性屈服区,继而在坡脚处产生了以剪切破坏为主的塑性屈服区,最终坡体内部塑性区全部贯通,模型边坡完全破坏。（6）在已有研究成果基础之上,运用三维离散元软件3DEC对干磨坊滑坡动力破坏的全过程进行数值模拟,地震荷载外动力的持续作用使得滑坡由变形阶段逐步向失稳破坏阶段发展,模拟结果显示:滑坡下部岩体折断所形成的破裂面与上部贯通的层面组合形成滑动面,锁固段岩体折断破坏导致滑面贯通,滑坡整体发生滑移-弯曲式顺层溃滑。

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 研究意义
• 1.1.2 选题依据
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 边坡动力响应研究现状
• 1.2.2 地震荷载作用下顺层岩质边坡失稳机制研究现状
• 1.3 研究内容与技术路线
• 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 地形地貌
• 2.2 地层岩性
• 2.3 地质构造
• 2.4 水文地质条件
• 第3章 干磨坊滑坡的基本特征
• 3.1 概述
• 3.2 滑坡边界条件
• 3.3 滑坡结构特征
• 3.3.1 滑体及堆积特征
• 3.3.2 滑动面
• 3.3.3 滑床
• 3.4 岩体结构特征
• 3.5 滑坡变形破坏迹象
• 3.6 干磨坊滑坡成因机制分析
• 第4章 陡倾顺层岩质边坡动力响应分析
• 4.1 大型振动台模拟试验研究
• 4.1.1 振动台试验模型简介
• 4.1.2 测试点布置
• 4.1.3 地震输入与加载制度
• 4.1.4 模型边坡的动力响应分析
• 4.2 有限元动力数值模拟
• 4.2.1 动力分析模型
• 4.2.2 本构模型及材料参数
• 4.2.3 边界条件及地震波
• 4.2.4 模拟结果分析
• 4.3 小结
• 第5章 强震作用下干磨坊滑坡失稳破坏全过程数值模拟
• 5.1 离散元基本原理及方程
• 5.1.1 离散元基本原理
• 5.1.2 离散元基本方程
• 5.2 3DEC 软件的基本功能及建模方法
• 5.2.1 3DEC 软件的基本特点
• 5.2.2 3DEC 软件的建模方法
• 5.3 几何模型建立
• 5.4 物理力学参数选取
• 5.5 边界条件及阻尼设定
• 5.6 地震动力荷载选取及施加
• 5.7 数值模拟结果分析
• 5.7.1 最大不平衡力及边界条件检验
• 5.7.2 干磨坊滑坡变形破坏全过程分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得学术成果