西山村滑坡地震力加卸载响应特征及稳定性研究

摘要

地震动力作用下的斜坡稳定性研究对于我国地震高发的西南山区有着重要意义。本文以西山村滑坡为研究对象，在搜集整理研究区域相关地质资料并对西山村滑坡形态、地质结构特征、宏观变形特征等详细调查与分析的基础上，对西山村滑坡在地震动力荷载作用下的动力响应及加卸载响应规律进行深入分析研究，主要研究内容有以下几个方面:
　　(1)分析了理县西山村滑坡基本工程地质条件。开展现场调查和室内试验分析，研究堆积层滑坡的物质组成、结构特征以及强度、渗透特性，掌握滑坡的各项基本的岩土力学性能指标数据，为后续数值模拟研究、参数取值等提供依据。
　　(2)结合西山村滑坡的监测数据以及其宏观变形特征，对滑坡进行变形分区，研究了各个变形区的变形特点，分析了滑坡的形成及变形机理。
　　(3)研究了西山村滑坡在地震作用下的动力响应特征。通过数值模拟的方法，研究西山村滑坡在地震动力作用下的位移、变形速率的动力响应时程特征，分析其变形特征，并对计算模拟结果进行讨论，进而分析了滑坡在地震作用下的变形破坏机理。
　　(4)根据变形的数值模拟结果，采用加卸载响应比理论，分析研究西山村滑坡在不同地震荷载下的位移、速度、加速度加卸载响应规律。
　　(5)采用加卸载响应度判据，对地震动力作用下西山村滑坡的稳定性进行定量分析，并与常规的斜坡稳定性分析方法进行比对，验证其正确性。
　　通过以上研究得到了以下结论和成果:
　　(1)西山村滑坡位于理县通化乡杂谷脑河左岸，地理坐标为北纬30°54′43″，东经102°32′46″。滑坡整体上呈前窄后宽的长条带状，滑坡前缘以杂谷脑河为界，高程约为1510m;滑坡左右两侧以冲沟为界;滑坡后缘以一近直立的滑坡壁为界，后缘高程约为3300m。滑坡前后缘高差约1790m，滑坡体纵长约为3800m，平均宽度约680m，最大宽度约为980m，滑坡堆积体厚度在10～80m之间，整体规模约1.7×108m3。滑坡未见明显滑带层。
　　(2)西山村滑坡变形区域主要分布在滑坡的左侧前缘和左侧中部，根据滑坡复活变形特征，其变形可以分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，其中变形Ⅰ区变形最为剧烈，Ⅱ区次之，Ⅲ区较小。综合宏观变形及监测数据，目前滑坡复活变形方式表现为牵引式滑坡，变形力学模式为蠕滑-拉裂型。
　　(3)西山村滑坡对地震荷载的响应总体上呈现出非线性的特点，滑坡不同区域响应差异明显。滑坡表面的地震力响应呈现出前部较大，中后部逐渐减小的特征;滑坡深部地震力响应呈现出中部较大，前后缘较小的特征。同时，西山村滑坡表面地震力响应要大于滑坡深部响应。此外，滑坡在地震荷载下的动力响应在空间上还表现出各向异性的特点，滑坡在水平方向上的动力响应大于竖直方向，说明滑坡在地震作用下主要向着临空面的方向发生变形。
　　(4)西山村滑坡的地震力响应存在滞后性，具体表现在:滑坡表面上位置越高的监测点动力响应就越滞后，监测点埋深越浅动力响应越滞后。
　　(5)不同类型地震波对斜坡的动力响应有很大的影响。在同一振动强度下，地震波的振动频率越高，斜坡体上质点的变形就约趋于线性;反之，质点变形则会呈现出周期性波动增大的趋势。同样随着振动频率的提高，斜坡的动力响应会越来越积极，响应的滞后时间越来越短。此外，随着地震波的振幅的增大，震后斜坡的位移也会增大。
　　(6)西山村滑坡在地震力作用下加卸载响应比时序曲线表现出在1.0左右波动震荡的特征。当响应时序曲线的表现出非线性特征时，对应的加卸载响应比曲线会出现一个峰值。同时，采用同一加卸载参量的加卸载响应比曲线会保持相似的波动趋势，说明加卸载响应比值的变化只和各参量的变化趋势有关。
　　(7)西山村滑坡在持续时长为5s峰值加速度为0.15g的地震荷载作用下，其最小加卸载响应度为1.19，说明震后滑坡仍处于稳定状态。
　　本研究对于预防西南山区滑坡地质灾害和维护人民的生命财产安全，具有十分重要的现实意义;同时也可以为西南山区类似滑坡的地震稳定性评价提供参考依据。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地震滑坡动力响应特征研究现状

1．2．2 地震诱发滑坡动力学机理研究现状

1．2．3 加卸载响应比研究现状

1．3 研究内容、方案及技术路线

第2章 西山村滑坡地质环境特征及其成因机理

2．1 滑坡区自然地理及区域地质条件

2．1．1 地理位置及交通条件

2．1．2 气象水文与水文地质

2．1．3 区域构造与新构造运动

2．2 西山村滑坡工程地质特征

2．2．1 滑坡产出地斜坡特征

2．2．2 西山村滑坡基本特征

2．2．3 滑坡变形特征

2．3 西山村滑坡成因及变形破坏机理

2．3．1 西山村滑坡成因

2．3．2 滑坡复活变形诱发因子分析

2．3．3 西山村滑坡变形破坏机理

本章小结

第3章 地震作用下西山村滑坡动力响应特征

3．1 土质斜坡地震动力稳定性地质评价

3．1．1 影响斜坡地震稳定性的因素

3．1．2 土质斜坡地震作用下的破坏类型

3．2 建立计算模型

3．2．1 计算模型的建立

3．2．2 本构模型及计算参数的选取

3．2．3 设置边界条件与力学阻尼

3．2．4 地震动力条件的输入

3．2．5 滑坡模型监测点的设置

3．2．6 三维地质模型的初始应力分析与验证

3．3 西山村滑坡的地震动力响应特征

3．3．1 总体变形响应分析

3．3．2 监测点时程曲线响应特征

3．3．3 分析与讨论

3．4 地震作用下西山村滑坡变形破坏原因及机理

3．4．1 西山村滑坡地震变形破坏的原因

3．4．2 西山村滑坡地震变形破坏机理分析

本章小结

第4章 地震作用下西山村滑坡加卸载响应特征

4．1 加卸载响应比的原理

4．2 加卸载响应比特性及其动力分析的可行性

4．3 滑坡地震加卸载响应比模型的建立

4．3．1 加卸载参数及响应参数的选择及加卸载周期的划分

4．3．2 加卸载响应比模型的建立

4．4 西山村滑坡地震加卸载响应比特征

4．4．1 位移加卸载响应比特征

4．4．2 速度加卸载响应比特征

4．4．3 加速度加卸载响应比特征

4．4．4 稳定性初判

本章小结

第5章 基于LURR的滑坡非线性稳定性分析

5．1 分析方法

5．2 滑坡失稳条件下的位移及加卸载响应比特征

5．2．1 位移特征

5．2．2 加卸载响应比特征

5．3 加卸载响应度判据

5．3．1 分析计算

5．3．2 与强度折减法的对比分析

5．4 对于汶川地震中西山村滑坡稳定性的说明

本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

附录