金沙江杀威台子古地震滑坡成因动力学机理研究

摘要

金沙江杀威台子滑坡规模巨大（据估算，其体积约为2.69×108m3），形成时期距今约4万年，具有典型的远程高速碎屑流型特征。据现场调查，杀威台子滑坡本身的岩体环境较为稳定，滑坡区所在岸坡为缓-中等倾角的硬质反倾边坡，没有明显软弱夹层存在。结合滑坡现今堆积特征、区域地质构造背景及区域强震历史，判断杀威台子滑坡是由某一次强震事件所触发。为确定该地震事件的具体强度，同时探究滑坡在此动力条件下的失稳-破坏机理，采用地质原型与过程机制分析相结合的方法，遵循“地质条件分析→变形现象认识→数值模拟验证→成因机制讨论”的基本思路，对滑坡进行了详细的野外实地调查，并通过离散元软件对滑坡变形-破坏的动力学机制进行探讨。主要成果如下:
　　1.杀威台子滑坡发育于川滇菱形断块之东南部，所在区域由金沙江-红河断裂、鲜水河断裂、安宁河断裂、则木河断裂及小江断裂等数条深大断裂带控制构造演变和强震活动。1833年，研究区附近曾发生8.0级强震。滑坡所在地为中-高山峡谷地貌，山高，坡陡，构造侵蚀作用强烈。该种高陡的地形地貌环境，在强震条件下可以产生明显的地形放大现象，可以导致部分临空条件较好的原本稳定的山体发生失稳甚至溃散。
　　2.杀威台子滑坡所在岸坡为反倾、无软弱层的硬质山体，具有良好的天然自稳性。岸坡的坡向为235°、坡度为56°。倾SW及SWW向的节理组广泛发育于岸坡内，其中包括:倾向为200°、倾角为39°的中等倾角组节理，倾向为220°、倾角为67°的较陡倾角组节理，该两组节理的延伸较大，贯通性好，组成了滑坡后缘及底部的切分边界;倾向为260°、倾角为81°的较陡倾角组节理，构成滑坡东缘的切分边界。同时，一组倾向为30°、倾角为8°的缓倾角组节理也较为发育，并且其与因受区域褶皱构造影响产生的层间剪切一起，在强动力条件下容易发生破坏。
　　3.运用离散元软件(UDEC)对概化后的滑坡地质模型进行计算，得出在天然重力条件下，杀威台子滑坡可以处于良好的自稳状态。而后，通过施加不同量级的地震荷载进行滑坡动力条件下失稳过程的试算，得到amax=0.4g为杀威台子滑坡能够保持整体稳定的极限动力荷载，大于此强度的地震荷载将导致滑坡整体失稳。而在amax=1.3g时，滑坡能够充分启动、溃散，且最终堆积形态符合现今地貌，认为amax=1.3g正是触发杀威台子滑坡失稳-破坏至现今堆积形态的峰值加速度下限。
　　4.杀威台子滑坡发生破坏的根本原因是前缘锁固段岩体在强震作用下抵抗不了来自后部山体的巨大推挤力而发生的剪出失稳。同时，滑面转折端处出现的空腔结构在整个失稳过程中发挥重要作用，它为后部岩土体的垮塌提供了空间，使后部岩土体能够迅速解体、下坠，持续撞击滑坡体前缘部分，传递大量动能，形成“滑坡铲”效应，使滑坡的失稳运动得以持续进行。总结起来，杀威台子滑坡在amax=1.3g地震荷载下的失稳破坏过程可分为:震动压密-坡脚极限平衡阶段;坡脚失稳剪出-前缘牵引运动阶段;中后部岩体裂解膨胀-滑体快速溃屈阶段;岩土堆积爬高-浅表物质抛射阶段;高速碎屑流-远程运移阶段。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地震滑坡的判别标识

1．2．2 地震滑坡的形成机理

1．2．3 地震滑坡的影响因子

1．2．4 地震滑坡的计算研究方法

1．3 研究内容及技术路线

第2章 区域地质环境及研究区岸坡地质条件

2．1 区域地质环境

2．1．1 区域地形地貌

2．1．2 区域水文气象

2．1．3 区域地层

2．1．4 区域地质构造

2．1．5 区域水文地质条件

2．1．6 新构造运动、地震活动及区域地应力场

2．2 研究区岸坡地质条件

2．2．1 河谷地形地貌特征

2．2．2 地层岩性

2．2．3 地质构造

2．2．4 岸坡岩体结构

2．2．5 近岸坡区地震

第3章 滑坡发育特征及成因控制条件

3．1 滑坡发育特征

3．1．1 滑坡体形态及规模

3．1．2 堆积体物质组成及结构特征

3．2 滑坡形成时代及成因控制条件

3．2．1 滑坡形成时代

3．2．2 滑坡岩体结构控制模式

第4章 滑坡成因动力学机制数值反演分析

4．1 原理及方法(通用离散单元法(UDEC))

4．2 模型及参数

4．2．1 数值概念模型

4．2．2 模型边界条件

4．2．3 地震荷载的输入

4．2．4 岩土体及结构面参数

4．3 计算成果

4．3．1 模型合理性检验

4．3．2 初始静力平衡

4．3．3 岩体失稳的临界地震加速度与溃屈破坏峰值加速度

4．3．4 峰值加速度amax=1．39条件下斜坡变形-破坏发展过程

第5章 滑坡动力学问题的几点讨论

5．1 导致坡体破坏的临界地震强度

5．2 碎屑流高速远程运动的动力学特征

5．2．1 加速度特征

5．2．2 速度特征

5．2．3 位移特征

5．3 岩体变形-破坏的动力学机理

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果