地震触发岩质滑坡破坏模式与危险性预测

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岩质滑坡问题一直是岩土工程和山地灾害领域研究的热点之一,特别是我国西部地区特殊的地形地貌和构造活动造成了本区域斜坡失稳问题突出。随着我国西部经济建设的快速发展,西部山区的大型水利水电、铁路和公路交通、市政等工程建设正处于高速发展阶段,对我国西部地震高发山区斜坡工程的稳定性判识、失稳模式与触发机制探讨、滑坡的危险性预测等关键问题提出了更高的要求。  论文以地震触发岩质滑坡为研究对象,开展岩质斜坡坡体结构特征和稳定性问题的研究,以西南地区2008年至今多次地震触发的岩质滑坡为研究实例,结合文献资料收集和野外调查方法,分析了岩质滑坡的地质环境条件和斜坡岩体结构特征,总结了岩质斜坡坡体结构类型、破坏模式,并通过对斜坡岩体地质强度指标特征的定量化描述,建立了基于岩体结构特征的滑坡破坏模式分区。以单体斜坡和区域斜坡为研究对象,以斜坡稳定性安全系数和永久位移为考察指标,建立了基于斜坡岩体非线性强度准则(Hoek-Brown强度准则)的地震触发岩质斜坡稳定性快速评价方法和基于Newmark滑块理论的区域斜坡永久位移预测模型,并通过考察实例的应用,验证了模型的有效应。论文的主要研究成果和结论具体表现如下:  (1)基于坡体结构特征的斜坡分类与分区  在坡体结构特征的相关研究的基础上,对坡体结构类型及其破坏模式进行了归纳和概括,将坡体结构类型划分为5大类:类均质坡体结构、层状控制型坡体结构、节理控制型坡体结构、软硬交替型坡体结构、软弱破碎带控制型坡体结构。并在此基础上,借助野外调查、三维激光扫描和赤平面投影分析方法,开展地震触发典型岩质滑坡坡体结构特征分析,并从定量化的角度,构建了基于坡体地质强度指标参数的斜坡分区。  (2)基于HB强度准则岩质斜坡稳定性图表分析方法  基于斜坡岩体非线性强度准则和极限平衡理论,采用拟静力分析方法,构建考虑地震荷载条件的岩质斜坡稳定性图表分析方法。首先借助数值计算方法分别计算斜坡坡度为30°条件,静态和拟静态条件下斜坡安全系数;其次,改变地震荷载条件和斜坡坡度参数,基于计算结果构建地震水平加速度权重因子和坡度权重因子,通过回归分析给出其计算表达式,结合静态条件下斜坡安全系数图表,最终构建岩质斜坡稳定性快速评价方法。最后,将本文提出的计算方法与数值计算结果进行了对比,70.63%的计算结果误差能够保持在±10%范围以内,并通过计算结果分析发现误差值较大的结果主要分布在斜坡地质强度指标GSI和水平地震加速度系数较大的条件下,且这类斜坡安全系数一般小于1。  (3)岩质斜坡永久位移预测方法  在回顾9类基于Newmark滑块理论提出的地震斜坡永久位移预测模型的基础上,基于汶川地震及之后发生在中国西南地区地震震级Ms>6.0强震台站记录数据,分别计算和统计强震台站峰值加速度(PGA)、距震中距离(RE)、距离断层距离(RF)、Arias强度(Ia)等强度参数值。斜坡永久位移计算过程中,给定临界加速度序列:0.05g、0.1g、0.15g、0.2g、0.25g、0.3g、0.4g、0.5g和0.6g,对844条强震记录,分别计算9种临界加速度下的Newmark永久位移。并提出了基于临界加速度比(口ac/amax)、地震震级(Ms)、Arias强度参数(Ia)和多元参数回归的5种永久位移计算模型,并通过现场实测数据与模型计算结果对比,验证了模型的有效性,结果表明,基于临界加速度比计算模型5、Arias强度参数模型10和“场-源”特征参数的回归模型,通过案例分析发现计算结果与真实值较为接近。模型5和10计算模型基于大量强震台站基础数据,参数计算过程稍复杂,耗时长,但是计算精确度较好;而模型13参数较易获取,计算过程简单,计算结果准确性上稍不足。本文提出的模型可以用于我国西南地区地震滑坡的危险性评价和灾势评估,为边坡稳定性快速识别和抗震加固设计工程应用提供了定量的参考。
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