基于振动台模型试验的黄土斜坡失稳机理研究

来源 :中国地震局兰州地震研究所 | 被引量 : 11次 | 上传用户:xinzhichaoniao
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黄土是一种具有特殊性质的第四纪松散沉积物,在我国主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、宁夏、山西、内蒙古(零星分布)、河南和青海等省(区),这些黄土分布区域的中心地带构成了著名的黄土高原,其面积达63.5万km2。黄土高原沟壑纵横、地形地貌条件复杂,加之大部分区域地处多种构造体系的复合部位,其地质构造复杂、断裂发育、新构造活动强烈、强震频发,与黄土有关的地震灾害与地质灾害十分发育。与其它土类相比,黄土的特殊性在于,其自身特有的多孔隙和弱胶结结构使之具有很强的软弱土动力灾变特性,表现出极高的动力易损性。此外,黄土高原为强震多发区,据统计,Ⅵ度以上的地震烈度区面积达33.51万km2,如此高危的地震活动背景与黄土的特殊工程性质决定了黄土高原地区斜坡地震灾害的多发性、不稳定性、复杂性和巨灾性。本文基于低含水量、低角度纯土层黄土斜坡振动台模型试验,较系统地研究了典型黄土斜坡在地震作用下的动力响应特征及斜坡地震响应影响因素,在此基础上对典型黄土斜坡强震失稳机制进行了探讨。本文主要研究内容和结论如下:1)通过振动台模型试验初步探索了典型黄土斜坡模型地震动加速度响应特征,结果表明黄土斜坡模型对输入地震动存在着明显的临空面放大效应以及垂直放大效应。2)通过传感器记录的地震动时程频谱的分析发现:含有更低卓越频率成分的地震动对黄土斜坡模型具有更强的破坏作用,并且黄土斜坡模型的坡体对正弦波中22—32Hz频段内的能量存在着放大趋势。3)地震动的加载方式对典型黄土斜坡模型动力响应特征存在一定的影响,水平向地震动输入对黄土斜坡模型具有更强的破坏作用。4)通过对模型振动台试验过程中斜坡的宏观破坏特征进行分析,在烈度为VII度的地震作用下,斜坡模型在其坡顶前缘处发生了最初的张性裂缝,并随着地震强度的增加,斜坡顶部的张性裂缝逐渐由前缘向后缘推进,最终形成一系列的永久性张性破坏。在烈度为IX度的地震作用下,模型顶部出现了明显的震陷,呈现出典型的震陷型滑坡的特点.5)由应力传感器数据所推测的黄土斜坡模型在地震作用下的水平拉应力分布区与振动台模型试验的宏观破坏有较好的吻合度。在42gal水平向汶川波荷载下,坡体模型拉应力最大值出现在坡顶前缘处,其值达到58kpa。同时,应变传感器数据印证了此典型黄土斜坡模型坡顶在地震作用下所发生的震陷现象。6)通过ABAQUS有限元数值模拟手段得到了地震荷载作用下黄土斜坡的加速度放大效应,应力变形特征,其主要结果包括:随着地震动作用时间的增大,坡顶的水平位移逐渐增大;随着斜坡高度的增加,加速度出现明显的增加趋势;地震荷载作用下,模型顶部前缘出现明显的拉应力,最大拉应力为0.05Mpa。压应力最大位于黄土和基岩的交界面上,压应力最大为0.15Mpa;将模拟结果与振动台模型试验结果进行对比分析后发现,两者具有较高的一致性。
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