基于振动台试验的黄土塬边斜坡变形失稳模式研究

以甘肃省平凉市的典型黄土塬斜坡为原型,开展含裂隙黄土塬边斜坡与不含裂隙黄土塬边斜坡的振动台对比模型试验,研究不同强度地震作用下两种黄土斜坡的变形失稳特征。结果表明:两种不同结构的斜坡在不同强度地震作用下的破坏特征显著不同,裂隙的存在降低了含裂隙斜坡的抗震稳定性。随着输入地震波幅值的增加,含裂隙斜坡的变形破坏过程为:坡顶裂隙处先后发生裂隙前缘崩塌、坡面溜土、临空面方向大位移、坡面中部和坡脚鼓胀、剪切滑移、发生多级滑动,同时坡体后缘产生新的拉张裂隙;无裂隙斜坡的破坏过程为:坡顶形成拉张裂缝、坡面溜土、坡脚鼓胀、发生单级滑动。两种结构边坡的变形破裂包括倾倒—拉裂与剪切—滑移两种模式,斜坡的变形演化是两种模式相互作用的结果。     

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。     

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。     

含泥化夹层反倾岩质边坡动力响应的大型振动台试验

针对含泥化夹层反倾岩质边坡制作相似比为1∶30的试验模型进行大型振动台试验,研究泥化夹层饱水前(天然含水状态)和饱水状态下边坡的加速度和位移响应规律,探讨边坡的破坏模式。试验结果表明:泥化夹层饱水后坡面水平向加速度放大系数小于饱水前;泥化夹层饱水前和饱水后随着相对高度的增加,坡面水平向加速度放大系数呈现非线性增加的趋势,其整体上大于坡体内部的加速度放大系数;坡面位移从下至上在泥化夹层饱水前,呈现出非线性增长特性;饱水后位移呈先增大后减小,临近坡肩处坡面最大,坡面呈现鼓出形态。泥化夹层饱水前,在幅值为0.3g的地震波作用下坡体仅出现坡肩局部掉块;饱水后,输入地震动幅值≥0.4g时,坡体先出现坡肩的局部掉块,随后坡体沿中上部的饱和泥化夹层滑动剪出,与此同时,坡体中上部出现纵向裂隙并与水平裂隙贯通,坡顶被震碎。     

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。     

S波偏振方法在确定汶川8.0级地震震源深度中的应用

当横波进入由微裂隙和微孔这些比波长小的非均匀物质组成的岩石中,分裂成两个以不同方向偏振的组成部分.这两列波的偏振与裂隙面成平行和垂直方向,并以不同的速度传播.由于速度的不同,使这两列偏震波在裂隙介质的传播中产生“分裂”,横波分裂,使得横波波形产生一种新特征,即它离开裂隙区后仍然保持其偏振方向不变.地下几千米处,裂隙有垂直的也有不垂直的.     

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。     

喜家湾地震黄土滑坡形成机理

在喜家湾滑坡现场调查基础上,采集黄土斜坡的原状黄土和滑坡滑带土试样进行了室内试验,分析计算了滑坡土体震陷性和液化可能性;并结合滑坡发生前斜坡在地震作用下的稳定性分析及数值模拟,对该滑坡的形成机理进行了研究。研究表明,地震发生时,斜坡上部黄土产生震陷,结构破坏,下部泥岩面附近处于饱和状态的黄土在很短时间内产生了液化现象,坡体下滑形成震陷—液化复合型滑坡。     

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。     

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。     

岩质斜坡动力响应特性的结构面效应研究

斜坡的坡体结构是控制斜坡变形破坏模式、影响斜坡动力特性的重要因素。为了进一步了解"坡体结构面如何影响边坡地震动力响应规律"这一问题,对均质斜坡(无结构面)和水平层状岩质斜坡(含水平结构面)两种类型的岩质斜坡进行了大型振动台试验研究,并着重对比分析了有无结构面对岩质斜坡峰值加速度动力响应规律的影响。研究结果表明:水平层状斜坡坡表和坡内加速度动力响应基本上都大于均质斜坡,即水平层状岩质斜坡存在层面放大作用,但水平结构面对斜坡加速度动力响应放大作用的程度与地震波类型、频率、振动强度和激振方向有关,总的来说,水平层面对Z向地震波的放大作用大于对X向地震波;在本试验研究中,频率仅影响层面放大系数量值的变化,而地震波类型及其振动强度和激振方向则对其分布形式和量值均有显著影响。     

宝兰客专天水市王家墩滑坡地震稳定性分析

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,宝兰客运专线秦安隧道穿其而过。以王家墩滑坡为研究对象,围绕工程中静、动力抗滑稳定性问题,通过室内试验、现场调查对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确地震荷载作用下,王家墩古滑坡失稳影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法相结合的方法,开展动力抗滑稳定性分析方法研究;采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数,分析结果表明：地震作用时的水平推力对王家墩古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌;在天然状态下坡体处于稳定状态,在遭遇未来该区域中强地震作用时,该斜坡会发生失稳,黄土斜坡的整体滑动最容易出现在第三阶坡体,沿着塑性应变最大的滑移面整体滑移;给出了坡体动力稳定性安全系数F_s=0.92。     

延安黄土丘陵沟壑区地质灾害易发性浅析

在详细分析延安黄土丘陵沟壑区的地形地貌类型、斜坡的坡体结构、地质灾害类型的基础上,利用1:1000地形图为底图进行地质灾害的易发区划分分析。结果表明,对该区居民生命财产安全造成重大威胁且防范困难的地质灾害类型为不稳定斜坡(黄土滑坡、黄土崩塌、基岩崩塌)隐患,黄土陡坡和基岩陡坎区地质灾害高且易发。     

黄土斜坡地震动时程分析

应用地震危险性分析理论和地震动人工合成技术，给出Newmark法中所需的地震动时程，解决了斜坡稳定性分析Newmark法中难以选取合适地震动时程的难题。通过对黄土斜坡实例计算，给出了坡体中地震动峰值加速度与深度的关系；在计算坡体位移时，提出了等效峰值加速度的概念；对比了使用地面地震动时程和使用坡体内等效地震动时程的计算结果。     

地震作用下黄土边坡动力响应的时频特征分析

地震作用下黄土边坡的动力响应特征与变形失稳机制是具有重要理论与实践意义的课题,但从动力响应频谱特性方面开展的研究还相对较少.以大型振动台模型试验获得的黄土边坡地震动峰值加速度数据为基础,通过分析其变化规律,着重从频谱特性的角度分析,讨论黄土边坡的动力失稳机制.进一步通过对坡面不同高程测点、边坡内部垂直方向以及水平方向上测点的加速度时程进行绝对加速度反应谱分析,从频谱变化角度提出黄土边坡的动力失稳机制.研究表明,黄土边坡在地震动作用下的响应过程可以分为三个阶段:弹性阶段、塑性阶段与破坏阶段;黄土边坡进入破坏阶段时均会伴随反应谱峰值的增幅或者主周期的变化,在弹性阶段反应谱加速度峰值增幅与输入地震动幅值增幅一致,进入塑性阶段后反应谱峰值增幅比输入地震动幅值增幅小;研究提出将反应谱首峰的凸显情况作为坡体破坏程度的判断依据之一.     

兰州丘陵沟壑区挖方黄土高边坡面临的工程地质问题及稳定性分析

通过对兰州黄土丘陵沟壑区大量黄土挖方高边坡的实地调查发现,这些刚开挖不久的黄土边坡多数都出现了不同程度的工程地质问题,如卸荷裂隙、坡面冲沟、落水洞、局部滑塌等。通过有限元方法,对挖方过程进行数值模拟,结果显示挖方后的位移场、应力及应变场都出现了显著变化,挖方后的应力释放与局部集中、卸荷作用、风化作用及雨水冲刷等内因与外因及其相互作用是出现各种工程地质问题的根本原因,而这些问题又会导致边坡稳定性出现不同程度的降低。黄土丘陵沟壑区的自然边坡在天然状态下坡体稳定,用不同计算方法计算的安全系数达1.7左右;人工切坡以后坡度变陡,边坡整体稳定性下降,安全系数下降了约0.6;在Ⅷ度烈度地震作用下挖方边坡处于临界状态,存在失稳风险。因此,在该类场地上的建设工程项目中必须重视挖方边坡的抗震设防问题。     

地震作用下黄土斜坡的稳定性分析预测

基于对中国西部黄土地区大量地震滑坡实例的考察分析,对影响黄土斜坡稳定性的各类因素尤其是地震因素进行了分析,讨论了黄土斜坡滑裂面的产生机制及几何特征．在此基础上提出了一种基于随机搜索法和遗传算法确定黄土斜坡最危险滑裂面,进而对区域黄土地震滑坡进行预测的方法．以回回川滑坡为例进行了验证．结果表明,该方法具有较好的效果和实用性．     

青海大通断裂带初步研究

青海大通断裂带是青藏高原北部压性盆地带内的一条NE向断裂,构成西宁盆地与大通城关盆地的边界。该断裂带主要由麻子营-庙沟断裂(F1)和老爷山-南门峡断裂(F2)2条次级断裂段构成,沿该断裂带有明显垂直断错的地貌现象。野外调查表明,断裂具有长期活动特征,基岩中发育10余米宽的断层破碎带,且沿断裂带一些地段有岩脉侵入。断裂最新活动表现为寒武纪地层逆冲到早第四纪砖红色砾石层之上,沿断层面发育数厘米厚的断层泥。但断层带上覆坡积黄土未被断错。断层泥测年(ESR)结果为(610±61)kaBP;上覆黄土测年(OSL)结果为(14.6±1.5)kaBP。根据测年结果和地质地貌现象判定该断裂带在中更新世有过明显活动。大通盆地内部地层以长轴NW向的褶皱变形为主,根据断层与褶皱变形的关系认为,在NEE向区域挤压应力作用下NE向的大通断裂是断层两侧褶皱带之间不同段落压缩不均匀而形成的横向撕裂。这一特征可能代表了青藏高原东北部一系列NE向断裂的共同特征。这些NE向断裂规模不大,被围限在活动块体内部,与褶皱和压性盆地轴向近垂直     

进洞高程对黄土隧道洞口衬砌和仰坡动力响应的影响

针对黄土边坡与隧道洞口段衬砌的相互作用问题,运用数值模拟的方法分析了以不同进洞高程进洞时黄土隧道洞口段衬砌的动力响应特征和洞口仰坡的动力稳定性。结果表明:进洞高程越大,洞口段隧道衬砌的位移响应与内力响应越大;随着进洞高程的增大,坡面位移放大系数在减小,不同进洞高程进洞时坡面位移放大系数均呈先增大后减小再增大的变化趋势。在0.2~0.6H时变化最为剧烈,0.4H左右时位移放大系数达到了最大值;不同进洞高程进洞时坡面中心和水平方向距离隧道结构1.5D处的坡面位移放大系数变化趋势基本一致,其大小关系为:纯边坡位移放大系数 < 有隧道结构中面位移放大系数 < 距隧道1.5D位移放大系数;随着进洞高程的增大,剪应变增量和坡面位移均在减小,坡面的稳定性在增强。该研究可为黄土地区隧道进洞高程的选择提供一定的参考。     

青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为：地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段：(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。