倾倒变形体边坡在强震作用下的动力响应——以沙窝子高边坡为例

摘要

我国是一个多地震的国家，2008年5月12日14时28 分，四川省汶川县境内发生了里氏8.0级特大地震，地震造成重大人员伤亡和经济损失。沙窝子高边坡位于国道317獣慲潮 213穣慲潮线都江堰至汶川公路路段，岷江右岸，距汶川县城约3km沙窝子边在汶川大地震中遭到局部破坏，影响到都汶公路的安全使用，因此研究以沙窝子边坡为例的倾倒变形体边坡在强震作用下的动力响应具有重要的现实意义。
　　 本文总结了倾倒变形体的研究历史和现状，并以沙窝子高边坡为例，着重从工程地质方面分析了倾倒变形体在强震作用下的动力响应。建立振动台物理模拟试验进行模拟分析，很好的重现了倾倒变形体在强震作用下的动力响应特征，而我国是一个多地震的国家，2008年5月12日14时28 分，四川省汶川县境内发生了里氏8.0级特大地震，地震造成重大人员伤亡和经济损失。沙窝子高边坡位于国道317獣慲潮 213穣慲潮线都江堰至汶川公路路段，岷江右岸，距汶川县城约3km沙窝子边在汶川大地震中遭到局部破坏，影响到都汶公路的安全使用，因此研究以沙窝子边坡为例的倾倒变形体边坡在强震作用下的动力响应具有重要的现实意义。
　　 本文总结了倾倒变形体的研究历史和现状，并以沙窝子高边坡为例，着重从工程地质方面分析了倾倒变形体在强震作用下的动力响应。建立振动台物理模拟试验进行模拟分析，很好的重现了倾倒变形体在强震作用下的动力响应特征，而后建立了离散元二维模型对倾倒变形体的变形破坏过程进行了深入的反演分析，主要讨论了倾倒变形体在强震作用下变形的速率、位移和矢量的分布规律和特点，后建立了有限元计算模型进行应力场和塑性区的分析，从应力的角度验证前面工作的合理性。
　　 1）地震状态下，边坡的最大位移和天然状态下不同，天然状态下最大位移主要集中在后缘，而地震状态下最大位移主要集中在边坡表面的覆盖层，位移由外向里逐渐减小，在基覆界面附近形成一个潜在滑面，表层覆盖层中前缘位移最大，约36cm 左右。
　　 2）地震状态下，边坡的最大主应力主要分布在边坡表层的倾倒体和覆盖层，后缘相对于前缘有所增大，最大主应力由外向内逐渐减小，在临近基岩的地方趋近于零，和天然状态下基本一致。
　　 3）地震状态下，最小主应力的分布与天然状态下大致相同，在邻近坡表面的地方最小主应力趋近于零；趋近于坡体内部，最小主应力方向也产生明显偏转，逐渐转至与坡面近于垂直，应力量值由内向外逐渐降低，近坡面位置逐渐趋于零，与天然状态下不同的是局部没有呈现拉应力现象。
　　 4）地震状态下，塑性区分布特征和天然状态下完全不同，天然状态下，模型的塑性区主要集中在覆盖层的局部地区，而地震状态下塑性区主要分布在边坡表层的整个覆盖层，局部地方出现塑性破坏区，在前缘地带形成一个贯通的塑性破坏带，显然这将对整个边坡的稳定性造成极大威胁。
　　 5）地震状态下，边坡覆盖层内将会形成一条连续贯通的剪应变增量增高带，该剪应变增量增高带在贯通整个基覆界面，据此可以认为此时该边坡已经在覆盖层内部沿基覆界面形成了一条连续贯通的潜在滑动带（面），显然这进一步说明了边坡在强征作用下稳定性处于较差的阶段。潜在滑动面的产生也证明了前面物理模拟和离散元模拟时所确定的滑动面的合理性。