強震作用下均質斜坡動力響應的大型振動臺試驗研究.pdf

1、我國山地面積占總國土的三分之二,同時我國是一個地震頻發(fā)的國家。地震是促使斜坡失穩(wěn),誘發(fā)滑坡、崩塌、泥石流等次生地質災害的一個主要因素。2008年發(fā)生的5.12汶川大地震誘發(fā)了數(shù)以萬計的崩塌、滑坡地質災害,山河改色,給災區(qū)造成了巨大的破壞和損失。對強震作用下斜坡的變形破壞機理以及斜坡動動力響應規(guī)律進行研究具有重要的理論與現(xiàn)實意義。
　　 以“5.12”汶川地震背景、震區(qū)基本地質環(huán)境為基礎,本文對均質巖質斜坡進行了大型振動臺模型試驗

2、研究,詳細介紹了實驗裝置,給出了模型體系相似比的設計基本原則,并對整個模型體系進行了相似設計,對模型材料和模型結構的制備方法和模型材料的物理特性進行了介紹,同時,根據(jù)實驗目的和條件對傳感器的選擇及其布置方案進行了分析。根據(jù)“5.12”汶川地震震區(qū)環(huán)境,對臺面輸入地震動的選取及其加載方法進行了具體的闡述,形成了一套完整的試驗方法。總結分析了試驗過程中模型變形破壞現(xiàn)象、對不同工況下不同巖性斜坡體不同地貌單元處得加速度數(shù)據(jù)進行了詳細的分析,系

3、統(tǒng)地研究了斜坡的地質條件和地震動荷載條件等因素對斜坡變形破壞以及斜坡動力響應規(guī)律的影響,總結歸納了強震誘發(fā)斜坡失穩(wěn)破壞的主要模式和過程,分析研究斜坡的動力響應特性及規(guī)律,為汶川地震中出現(xiàn)的眾多大型滑坡崩塌提供合理的解釋,為斜坡的動力穩(wěn)定性分析和結構抗震設計提供科學的依據(jù)。通過對試驗結果的變形破壞現(xiàn)象以及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,結合震區(qū)斜坡變形破壞現(xiàn)象的調查得出了巖質斜坡動力響應規(guī)律,主要取得了一下幾個方面的成果。
　　 (1)斜坡的變

4、形破壞特征及成因機制方面,地震作用下斜坡的變形破壞主要發(fā)生在斜坡的中上部,軟巖斜坡的變形破壞較硬巖斜坡更為劇烈,硬巖地層中坡體通常發(fā)生的是崩塌類型的災害,而軟巖斜坡破壞通常以滑坡居多。單一豎向地震波、單一水平向地震波的作用、復合向地震波對斜坡的破壞性依次增大,水平向地震力是斜坡破壞的主要因素；隨著作用在斜坡模型上的地震波振幅的增大,斜坡變形破壞程度加??；當作用于斜坡上地震波的頻率接近斜坡巖體固有頻率時,斜坡破壞更加強烈；作用在斜坡上地震

5、波時間的越長,斜坡變形破壞更加嚴重。地震作用下巖質斜坡變形破壞的主要模式是:拉裂傾倒-剪切滑移。
　　 (2)在斜坡動力響應規(guī)律方面,對比分析了不同地震工況下監(jiān)測的加速度數(shù)據(jù),探討斜坡體自身地質條件以及作用下斜坡體上地震波地震動參數(shù)對巖質斜坡加速度動力響應的影響規(guī)律。綜合考慮各種影響因素對地震動動力響應的影響,分析得出了斜坡高程放大效應、不同巖性斜坡動力響應規(guī)律、斜坡坡內坡外動力響應規(guī)律、不同振幅參數(shù)、不同頻率參數(shù),不同地震波方

6、向作用下斜坡動力響應規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):地震作用下,軟巖、硬巖斜坡的加速度放大作用呈交替狀增長變化,在斜坡上部,軟巖斜坡的單向地震波激振方向響應加速度、復合向地震波斜坡豎直向響應加速度大于硬巖斜坡,在斜坡下部,這種規(guī)律剛好相反。斜坡的下部斜坡坡表對地震波的加速度反應幅值較之斜坡內部存在水平向的放大現(xiàn)象。在一定的高程范圍內斜坡加速度響應峰值隨高程增長而增長,到達一定高程后斜坡加速度不再增大而是逐漸減小。地震波振幅對斜坡的動力響應有顯著的影響,

7、加速度響應峰值隨振幅的變化規(guī)律是非線性的,地震波的振幅對斜坡的在高程方向上動力響應分布規(guī)律的影響不大。地震波頻率對斜坡內加速度響應峰值的分布沒有影響,斜坡對地震波放大的頻率具有明顯的選擇性。一定高程范圍內,天然波工況時復合ZX向、Z向、X向地震波作用下同一斜坡體上時同一測點的加速度響應峰值放大系數(shù)依次減小,且復合向地震波工況斜坡水平向動力響應強于豎直向。同時這些規(guī)律還受地震動參數(shù)、斜坡地質條件影響,不同地震動參數(shù)地震波作用下,不同斜坡不