不同类型黄土场地地震诱发灾害分析

基于FLAC3D数值模拟方法,建立不同类型的黄土场地计算模型,研究地震动强度和频率对不同类型黄土场地的动力响应特征和变形规律,分析不同类型黄土场地地震动响应的差异性,揭示不同类型黄土场地诱发的地震灾害,结合理论分析验证数值模拟结果的可靠性。研究表明:黄土-泥岩接触型二元结构斜坡极易发生滑动破坏引起斜坡失稳,并且在坡肩位置引起较为明显的动力响应,加速度放大系数是坡顶的2倍左右,是一元结构黄土斜坡相同部位加速度放大系数的1.5倍左右; 黄土斜坡临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏; 低频地震波对平坦场地的地震响应影响明显,随着高程的增加,频带宽度增加,傅里叶谱幅值增加,坡肩处的幅值是坡脚的2倍左右; 黄土斜坡场地易诱发大面积的滑坡灾害,黄土塬场地在剪切力和压张破坏条件下易诱发局部震陷灾害。     

地震诱发低角度黄土-泥岩滑坡动力响应及变形分析

基于室内试验获取黄土滑坡的静力和动力力学强度参数,建立低角度黄土滑坡破坏大型物理模拟试验模型,结合FLAC^3D有限差分软件,分析黄土滑坡的动力响应规律和宏观破坏特性,阐明在地震作用下黄土滑坡的失稳演化规律,揭示黄土滑坡滑体运动迁移路径。结果表明：低角度黄土-泥岩滑坡在地震荷载作用下地震波水平方向和垂直方向均出现明显的放大效应;在黄土层内部,随着斜坡高度增加,坡肩和斜坡后缘加速度放大效应较为明显,对比坡脚、坡腰和坡肩处剖面上加速度放大系数,下伏泥岩对地震波产生一定的放大效应。松弛拉张裂隙,土体强度降低,接触面和坡肩、斜坡后缘处的拉张裂缝形成弧形滑移面,上覆黄土层由内向外依次连带下滑,坡肩处土体的下滑力和地震力促使坡腰土体大面积长距离滑动,最大滑动涉及范围长达200 m左右,土体下滑至坡脚发生堆积并产生隆起。数值模拟结果和振动台试验结果在动力响应和宏观变形破坏特征均呈现较高的吻合度。     

典型斜坡地形地震动特征分析

以云南鲁甸6.5级地震中房屋建筑破坏严重的龙头山集镇斜坡地形为例,通过地脉动测试分析得出斜坡及坡顶测点相对于坡脚参考点谱比峰值均＞1,顺坡向谱比峰值大于垂直坡向谱比峰值,且谱比峰值从斜坡坡脚到坡顶逐渐增大,坡顶处约为3;顺坡向谱比峰值对应的频率为4.57～5.39 Hz,垂直坡向谱比峰值对应的频率稍高,为5.42～5.96 Hz。通过结合黏弹性边界的时域动力有限元方法分析斜坡地形在垂直入射地震动作用下的响应,数值模拟结果表明,斜坡坡顶处的位移放大作用显著,坡脚处放大作用较小;介质剪切波速对斜坡地震动的影响较明显,尤其是坡顶点处不同介质剪切波速模型位移峰值差异较大。由于斜坡地形复杂的散射效应,在斜坡及附近测点均出现明显的转换面波,坡顶点处波形转换最显著。数值模拟结果进一步验证了龙头山集镇依坡而建的房屋建筑破坏严重是由局部地形地震动放大效应与地震动差动共同作用引起的。     

特厚煤层开采引起上覆黄土斜坡裂隙化试验研究

为探究特厚煤层开采对上覆黄土斜坡的破裂效应,以彬长矿区斜坡为例,运用物理模型试验与数值模拟相结合的方法,分析黄土斜坡中裂隙的产状和力学特征。结果表明：由于煤层开采,在上覆黄土斜坡中产生的裂隙可分为与坡面近垂直的裂隙和与坡面平行的裂隙两组,表现出了明显分异性和序次;与坡面近垂直裂隙首先出现,具有拉张裂隙特征,起到了切割坡体的作用;与坡面近平行裂隙是由坡面近垂直裂隙逐渐派生的,具有剪切裂隙特征,控制着黄土斜坡中潜在滑面的形成。两组裂隙呈网状分割坡体,使斜坡土体结构碎裂化和散体化。     

反倾边坡地震破坏模式及能量判识方法研究

利用大型振动台试验,基于HHT边际谱理论,本文对含软弱夹层反倾岩质边坡地震破坏模式及其能量判识方法进行研究。振动台试验结果表明含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式为中部岩层挤压滑出型。边际谱峰值的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程,且边际谱的识别结果与试验中坡面位移监测结果吻合较好。振动台试验和能量判识方法表明边坡的破坏过程为:0.1 g和0.2 g地震作用下,边坡未出现震害损伤,边际谱峰值随高程增加近似呈线性增加;0.3 g地震作用下坡顶附近出现震害损伤,坡顶出现局部掉块;0.4 g地震作用下,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295~0.6之间,坡体中部出现水平向微裂隙;0.6 g地震作用时,震害损伤位置进一步向坡脚发展,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295以下,上部坡体(相对高程0.8附近)向坡面方向滑出,坡面出现纵向裂隙,并与水平向裂隙贯通,中部软弱夹层被挤出,坡顶被震碎。边际谱辨识结果显示,边坡坡面附近的震害程度弱于坡体内部。本文的研究对认识含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式具有指导意义。     

地震波效应与山体斜坡震裂机理深入分析

"5·12"汶川大地震造成了大量山体斜坡震裂变形和破坏现象,为深入研究其力学机理,通过实例详细调查及地震中体波效应和面波效应的深入分析,认为地震中地震波的作用使山体斜坡表部岩土体尤其是坡肩部位受到量值和方向不断变化的拉张应力作用,该作用在垂直平面内表现为全方位动态变化特点,导致坡肩岩土体具有旋转倾倒和正、反拉作用;与此同时在坡体内部伴随出现潜在剪动作用力及岩土体的开裂和压碎现象,尤其在潜在滑动面上剪切作用力更为集中;此外坡体表面还受到鼓胀拉力和扭力的共同作用.据此可将地震波作用效应划分为4种重要表现形式,即拉一剪破裂效应、界面动应力效应、潜在的楔劈效应和超空(孔)隙水压力激发机制.分析结果与实例及振动模拟结果一致.研究成果可为灾后重建和防灾减灾提供参考.     

采坑型滑坡地质力学模式研究--以贵州省福泉滑坡为例

福泉滑坡具有顺倾上硬下软的结构特征,采用颗粒流离散元模拟采动滑坡的变形破坏全过程,研究福泉滑坡在露天开采条件下变形破坏的地质力学模式。基于颗粒流离散元程序,引入平行粘结模型,通过参数标定确定细观参数与宏观力学性质的关系,据此建立斜坡模型,模拟斜坡采动过程中的变形破坏全过程,确定该类采动滑坡形成的地质力学模式;研究滑坡滑动过程中的速度和能量变化以及堆积特征。研究表明:斜坡采动过程中,潜在滑面顺层滑移,后缘拉裂,裂纹从下往上向软弱面拓展,前缘坡脚处岩体形成锁固段,斜坡出现由前缘至后缘缘递减的蠕滑变形,随着斜坡进一步采动,锁固段发生剪切破坏,前缘坡体启动,中后部裂缝贯通—滑移,斜坡整体失稳破坏,形成牵引式采动滑坡,该类滑坡形成的地质力学模式可分为:滑移—拉裂—剪断3个阶段;对滑坡运动过程的模拟可知,采坑积水是小坝组受灾的关键转化因子。     

黄河上游某水电站坝址区顺层岩质斜坡变形破坏模式及成因机制分析

通过对黄河上游某水电站坝址区顺层岩质斜坡的野外调查,分析研究区表部及深部的变形破坏特征,初步探究其力学机理,结果表明,研究区顺层岩质斜坡的变形破坏模式为弯曲—倾倒,中部冲沟处表现得更为明显。弯曲—倾倒演化过程为:在河流下切初期,反转应力导致坡体卸荷,后缘产生拉裂缝,表现为悬臂梁式横向弯曲变形。随着河谷下切加深,坡体进一步卸荷,在反转应力、上覆岩土体荷载及自重作用下,较弱的板岩逐渐被剪断,砂岩出露。静水压力加剧倾倒变形,裂隙向下部和深部不断发展贯通,上部破碎岩体拉裂并沿坡面滑动,下部岩层反转,总体上岩层倾角从坡底到坡顶增大,倾向相反,最终表现为岩层倾倒变形。     

断裂构造对斜坡应力场影响的数值模拟及成灾机理研究

断裂构造及活动强度对斜坡体的应力场分布具有重要的影响。采用基于强度折减法的有限元法,分别以正断层和逆断层与斜坡体的组合关系为例,剖析了断裂构造对斜坡体应力场的影响及成灾机理,揭示了含有断层的斜坡体塑性区的贯通过程。研究表明,包含断层的斜坡体在应力分布特征及斜坡变形破坏机理方面与无断层的斜坡体有较大差别：含断层的斜坡体在坡面和断层面附近的最大主应力迹线与坡面或断层面相平行,在天然状态下,塑性区同时出现在坡脚和断层面后方,随着折减系数的增大,塑性区分别从坡脚和断层面后方向坡体深部和上部发展,直至断层面前后两个塑性区相贯通,坡体发生破坏,并且对坡体变形破坏的影响程度以逆断层最强,其次为正断层,断层不活动时较弱。     

地震作用下分层土边坡多滑面变形破坏的数值模拟研究

地震引起的滑坡对生命、环境和经济造成了巨大的威胁。目前,对于地震作用下边坡稳定性的研究主要集中在单一滑动面破坏模式,对于具有多个潜在滑动面边坡的地震稳定性研究比较欠缺。基于此,利用有限差分软件FLAC对不同边坡进行地震稳定性数值模拟,对比分析不同强度地震动作用下均质土体、分层土体和含软弱夹层土体边坡的滑动面演化过程和永久变形分布特征。结果表明：对于均质边坡,地震引起的滑动面为单一的整体滑动面,地震动强度的增加仅导致沿滑动面的永久变形量增大;对于非均质边坡,在地震作用下还可能形成通过土层交界面的局部滑动变形,且地震作用下最先形成和发生变形的滑动面与静力条件下得到的最小安全系数对应的最危险滑动面一致;同时,地震引起的边坡浅层和深层变形破坏存在复杂的相互影响,当局部浅层滑动先发生时,地震动的进一步增大很容易诱发更深层的坡体滑动,而当深层滑动先发生时,由于塑性变形影响地震惯性力向上部坡体的传播,浅层坡体的进一步滑动变形相对较难被触发。     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。     

Dynamic Response of Shallow-Buried Tunnels Traversing High Loess Slopes

Considering the existence of numerous shallow-buried tunnels traversing high slopes in the loess area in western China and the fact of high seismic intensity there, we investigate the dynamic response rules of a shallow-buried loess tunnel and its slope under the action of seismic waves with different intensities. Through large-scale shaking table model tests,we successfully analyze the characteristics and process of the destabilization of tunnels and slopes, and propose valuable suggestions regarding the reinforcement parts of a tunnel for reducing seismic damage. The results show that the main seismic damage on a slope include the failure of the sliding surface between the top and foot and the stripping of the soil around the tunnel entrance, while the damage on a tunnel is mainly manifested as the seismic-induced subsidence at the portal section and the cracking deformation at the joint areas. Finally,we propose that the "staggered peak distribution" phenomenon of the maximum acceleration values at the vault and inverted arch area can be considered as a criterion indicating that the tunnel enters into the threshold of dynamic failure.     

Response mechanism of post-earthquake slopes under heavy rainfall

This paper uses the catastrophic landslide that occurred in Zhongxing Town, Dujiangyan City, as an example to study the formation mechanism of landslides induced by heavy rainfall in the post-Wenchuan earthquake area. The deformation characteristics of a slope under seismic loading were investigated via a shaking table test. The results show that a large number of cracks formed in the slope due to the tensile and shear forces of the vibrations, and most of the cracks had angles of approximately 45° with respect to the horizontal. A series of flume tests were performed to show how the duration and intensity of rainfall influence the responses of the shaken and non-shaken slopes. Wetting fronts were recorded under different rainfall intensities, and the depth of rainfall infiltration was greater in the shaken slope than in the non-shaken slope because the former experienced a greater extreme rainfall intensity under the same early rainfall and rainfall duration conditions. At the beginning of the rainfall infiltration experiment, the pore water pressure in the slope was negative, and settling occurred at the top of the slope. With increasing rainfall, the pore water pressure changed from negative to positive, and cracks were observed on the back surface of the slope and the shear outlet of the landslide on the front of the slope. The shaken slope was more susceptible to crack formation than the non-shaken slope under the same rainfall conditions. A comparison of the responses of the shaken and non-shaken slopes under heavy rainfall revealed that cracks formed by earthquakes provided channels for infiltration. Soil particles in the cracks of slopes were washed away, and the pore water pressure increased rapidly, especially the transient pore water pressure in the slope caused by short-term concentrated rainfall which decreased rock strength and slope stability.     

强震作用下坡顶建筑荷载对边坡稳定性影响研究

为研究强震作用下坡顶建筑荷载对边坡稳定性的影响,结合黄土地区典型建筑的临坡分布特点,在利用模型试验探讨黄土边坡破坏特点的基础上,结合有限元模拟软件建立不同临坡距离建筑荷载下的三维边坡模型。通过分析边坡总位移云图、水平向位移云图及最大剪应变云图,判断坡体潜在危险区域的变化规律。研究结果表明,随着坡顶建筑临坡距离的增加,顶部荷载变形区域与边坡潜在滑动面的重合区域递减,在距坡顶20 m外不再受到来自边坡潜在风险滑动面的影响。     

黑方台台塬斜坡变形破坏的结构面效应研究

结构面对于黑方台台塬斜坡变形破坏的影响研究成果较多,但以单方面研究为主,较少进行系统研究,因此通过对黑方台台塬结构面类型及其组合特征以及斜坡变形破坏类型和特征的分析可知:研究区结构面类型主要包括节理裂隙、层面、接触面、断层和临空面,结构面组合类型分2大类8小类,各类型具有自身的结构特征和分布特征;结构面及其组合对黑方台台塬斜坡变形破坏类型选择和空间分布选择控制效应明显,特别是对滑坡类型选择和空间分布的影响。     

饱和黄土液化后强度与变形特性的试验研究

采用MTS810动三轴试验仪,用二氧化碳+脱气水循环渗流法对重塑黄土进行饱和,进行了一系列对石碑塬滑坡区饱和黄土液化后变形特性试验。考虑干密度和初始有效围压对黄土液化后变形特性的影响,将液化与未液化黄土在单调静荷载作用下的应力-应变曲线进行对比。实验结果表明:利用二氧化碳+脱气水循环渗流法可以使重塑黄土饱和取得较好的效果;饱和石碑塬黄土具有明显的液化特征,在强震作用下发生液化,液化后强度大大衰减,应力-应变曲线呈弱硬化型,分为两个阶段;干密度和初始有效围压对液化后黄土的强度有一定影响,初始有效围压与不排水强度呈拟合度较高的线性关系,初始有效围压越高,液化后不排水强度越大。