论文部分内容阅读
地震是诱发大型岩质崩塌、滑坡主要因素之一，预测与防治地震边坡灾害的前提之一是正确的认识地震崩塌（滑坡）失稳机理与至灾过程。本研究通过野外考察和灾史数据，阐述了地震岩质边坡的失稳特征与机理，分析了岩体结构面对地震边坡的影响。然后，从波动理论出发，通过建立力学模型，分析了应力波在岩石粗糙节理和软弱夹层中的传播规律，应力波的能量演化与转化。通过大型振动台实验与离散元数值模拟，分析含有软弱夹层和节理的顺层岩质边坡的地震响应与破坏在时空中演化规律。该项研究对于提升地震岩质边坡失稳机理认识、地震岩质边坡分析技术与方法具有重要的意义和价值。主要结论如下: (1)对最近几次大型地震所引发的岩质崩塌、滑坡的灾史资料和现场勘察分析，地震作用下下岩体中的惯性力为边坡失稳的内动力，破坏力主要为拉应力和剪应力。岩体结构面影响应力波传播、降低边坡岩体形变刚度和强度，且往往为边坡失稳破坏面的引导面。据此给出地震岩质边坡岩体结构面相对规模分类。 (2)岩石粗糙节理的复杂形态极大的影响了节理的形变刚度系数，继而对应力波的传播产生了很大的影响，应力波能量的损耗与节理的刚度系数、粘滞性系数等具有很大关系。与以往研究的不同之处是，粗糙节理所导致的应力-变形非共线性质，导致P-wave、SV-wave与SH-wave之间能够相互转化。 (3)应力波在夹层传播过程中，应力波在夹层内剩余能量系数随折反射次数的增加而呈指数型衰减;当应力波持续入射时，夹层内部能量系数在累积到第4次折反射后基本达到顶峰;当应力波入射边坡中软弱夹层时，如果按照传统方法直接用夹层内的下滑剪应力与法应力评价边坡的稳定性时，将会导致边坡的安全系数高估。 (4)引入发展了全矢谱分析技术，使之能够应用于边坡的地震响应分析中。研究发现:作为数据融合技术的一种，全矢谱中的振矢谱能够更准确全面反映出边坡振动的强度大小性质;而振矢角谱则能够反映边坡地震响应的方向特性，并且能够时频域上反应出更多动力变化特征与现象。 (5)通过振动台实验与离散元数值模拟分析发现:对于含软弱夹层顺层岩质边坡而言，岩体的破坏是从坡顶开始，在后缘沿节理产生拉伸破坏。随着地震荷载持续作用，破坏面沿着结构面逐渐往更深、更广的区域发展，并沿层面或软弱夹层发生剪切破坏。边坡的失稳从坡肩开始的，失稳形式主要为岩石块体的滚落为主，没有形成贯通的滑移面。