地震作用下锚固滑坡动力响应研究

为研究地震作用下锚固滑坡的动力响应,开展大型振动台模型试验,以汶川波、El Centro波以及不同频率的正弦波为输入波,研究在逐级增大加载强度条件下锚固滑坡的动力特性、加速度响应及地震动参数对加速度响应的影响等动态响应特征。结果表明:①地震作用下,锚固滑坡的破坏形式主要为框架之外素土部分上部的张拉破坏和坡底的剪切破坏。②锚固滑坡对输入地震波具有放大作用,且沿坡高方向向上,PGA放大系数呈递增趋势。③不同类型的地震波作用时,由于其频谱特性的差异,锚固滑坡的加速度响应不同。低强度地震波作用时,输入波的频率越接近锚固体的自振频率,坡面加速度放大效应越强;高强度地震波作用时,输入波的频率越低,坡面加速度放大效应越强;低频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越强;高频波作用时,加载强度越大,坡面加速度放大效应越弱。研究结果对锚固滑坡的抗震设计具有一定的参考意义。     

多滑动面滑坡变形破坏机理的振动台试验研究

以玉树机场路0#滑坡群第七块堆积滑坡为试验原型,采用4·14玉树地震时收集的地震波为试验的基本动荷载,通过大型振动台试验,研究不同方向分别先后加载时,多滑动面滑坡的渐进性破坏特征。结果表明:多滑动面坡体对地震波峰值加速度的放大效应基本上沿高程的增大,放大效应越明显;地震作用下,多滑动面滑坡的变形破坏发育于坡体浅层滑面,逐渐向坡体深层滑面发展,最终破坏变形是沿坡面浅层部位的滑动破坏;与单滑动面滑坡在地震破坏效应不同的是:多滑动面滑坡在坡体局部出现滑移变形时,不一定引起整体滑移,坡体的变形主要体现出了以浅层滑动面为依附面的坡面变形,并向坡体深层滑面不断牵引的破坏特征。该试验成果较好地揭示了多滑动面堆积滑坡的变形破坏机理,可为多滑动面堆积滑坡的治理提供设计参考。     

2017年九寨沟地震地质灾害发育分布规律研究

2017年8月8日,四川阿坝州九寨沟县发生M_s7.0地震。通过现场详查及无人机影像,共获得九寨沟景区内地质灾害点167处。在此基础上,分析地震地质灾害类型;并利用GIS技术在地形地貌、地质、地震构造等方面对地质灾害的分布进行统计分析。研究发现:(1)灾害类型以崩塌、浅表层滑坡为主,其中崩塌最为发育,具有沿沟谷和道路两侧呈线状分布的特点。(2)地震地质灾害多集中在坡度为30°～60°、坡向S、高程2 400～2 600 m及高差200～250 m范围内,具有较为显著"放大效应"和"背坡面效应"。(3)地层岩性、坡体结构与地质灾害的发育类型有关,其中崩塌灾害主要发育于灰岩等硬岩地层及顺向、斜向坡;在距离发震断裂0～6 km范围内灾害分布最多,随距离增加而减少,具有"距离效应"。(4)灾害点的发育分布与地震烈度等级呈正相关关系;且地震灾害的发育分布受人类工程活动影响较大,随着与公路距离的增加而减少,在公路0～500 m距离内占比最大。     

汶川地震大型高速远程滑坡力学机理及控制因子分析

根据汶川地震典型高速远程滑坡坡体结构特点及坡体对地震动的响应,认为地震波是造成山体变形破坏的原动力,强烈的地震动是触发岩体高位剪出并被抛射的主要原因。滑坡体被抛射后,撞击铲刮坡面形成高速碎屑流作远程运动,其运动距离决定其造成危害的大小,在不考虑地震长持时的情况下,其后续运动距离决定于不同的内部控制因子,统计分析表明:发震断裂只有触发效应以及"上/下盘效应",与灾害规模无关,多半滑坡发生于平均坡度为30°～45°坡体结构,滑坡体运动距离L与其拔河高度H具有很好的相关性,坡体拔河高度越大,滑坡体滑过的区域面积及堆积体积就越大,滑坡运动距离就越远,运动性就越强,造成的灾害也就越大。     

基于应力分析的黄土层内滑坡地震失稳机制

针对黄土高原地区黄土层内地震滑坡灾害易发多发和破坏性强的特点,选取三处典型滑坡进行考察,得出了此类滑坡的失稳破坏特征。进一步结合斜坡不同部位土体的受力特点和剪切破坏形式,将地震作用以应力形式引入,分析得到了该类滑坡发生时不同部位土体的剪切破坏形式及应力状态变化下剪应力的变化规律。从而基于应力分析给出了具有坡顶土体首先发生小主应力减小主导的拉张型剪切破坏,坡面土体随后发生大主应力增加主导的压剪型剪切破坏,黄土震陷降低滑面摩擦阻力加速滑体滑移特点的黄土层内滑坡地震失稳机制,进而针对此类滑坡地震失稳机制提出了相应的加固及防护措施。     

含小净距隧道岩石边坡地震动力响应特性研究

采用有限元分析软件建立一个通过大型振动台模型试验验证的边坡动力数值分析模型,研究了地震作用下含小净距隧道岩石边坡的动力响应规律,探讨了隧道结构对边坡动力响应规律的影响。结果表明:1)边坡加速度峰值放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,存在临空面放大作用,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用,对低频段地震波存在放大作用;2)因小净距隧道的存在,含小净距隧道边坡的坡面加速度分布较无隧道边坡表现出明显的非线性高程特性,其坡体最大水平和竖向位移总体上小于无隧道边坡;3)强震作用下坡顶和结构面附近水平位移最大,两隧道中夹岩处及偏压侧隧道左侧拱脚处易发生拉裂破坏和剪切破坏。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。     

Newmark模型的修正以及地震触发崩塌滑坡危险性区划方法研究

大量实震资料表明,地震触发崩塌滑坡是造成道路工程损毁的主要原因。以Newmark滑块模型为理论基础的Jibson边坡永久位移预测公式,是目前唯一可以从坡体变形损伤微观指标和坡体整体破坏概率来评价地震触发崩塌滑坡危险性的方法。经"5·12"汶川地震实震资料检验,Jibson方法计算值小于坡体实测位移值,理论分析发现,滑块模型未考虑滑动面抗剪强度在地震作用过程中的衰减效应,是导致计算值偏小的主要原因。鉴于此,通过对滑动面岩土体的有效内摩擦角和有效黏聚力添加衰减系数的方法,修正Newmark滑块模型;在此基础上,参考Jibson边坡失稳概率模型的方法框架,利用汶川地震实震资料,建立了以面密度为区划指标的地震触发崩塌滑坡危险性区划判据;并利用"4·20"芦山地震实震资料对区划方法的正确性进行了检验。该方法不仅可预测同震崩塌滑坡的严重程度,而且还包含了反映震后山地灾害孕灾环境变化的信息,可为高烈度地震山区道路选线设计提供科学依据。     

泸定6.8级地震公路地质灾害链效应分析

省道S217是2022年9月5日泸定6.8级地震中灾毁最为严重的公路,沿线灾害链生效应明显。通过实地踏勘,收集地质资料和前人研究成果,总结了公路沿线崩塌群、滑坡、泥石流次生地震地质灾害的分布规律及特征,并从灾害链的角度对地震诱发次生地质灾害进行剖析,归纳出地震—震裂山体—崩塌(滑坡)、地震—崩塌(滑坡)—堰塞湖—水流(冲刷)—泥石流、地震—滑坡—崩塌等灾害链模型,且通过对灾害链成灾机理和发展趋势的分析判断：部分灾害链已趋于稳定,但仍有部分灾害正在发展、或将形成隐患。为此,针对灾害链的孕灾环和激发环,建议通过监测、控制、消除激发环和改变新孕灾环的方式实现断链,提出了相应的断链措施,为灾后重建提供参考。     

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。     

基于大型振动台试验的偏压隧道地震响应特性研究

基于动力模型相似理论,设计了一个尺寸为1∶10的偏压隧道模型进行大型振动台试验,研究模型分别在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平竖向双向激振条件下偏压隧道的加速度、动应变和围岩压力的动力响应特性。试验结果表明:偏压隧道竖向加速度响应与地震波、振幅和测点位置有关,且对激振加速度有放大效应,但随输入加速度峰值的增大而减小,受临空坡面放大效应的影响,同一高程靠近坡面的偏压侧放大系数大于非偏压侧(除拱脚外);水平向加速度响应主要与测点位置关系较大,受波形和振幅影响较小。衬砌在地震作用下主要承受拉应力,主应力随输入加速度峰值的增大而增大,非偏压拱脚主应变值最大是抗震设防的关键部位。     

“5.12”地震次生地质灾害分析——以青川、平武县为例

5.12汶川特大地震诱发了大量的次生地质灾害,造成了山体大面积滑坡、崩塌、泥石流及堰塞湖等,给人民生命财产造成了重大损失。在对平武、青川县地质、水文、气象条件等地面调查的基础上,以多源遥感数据为信息源,结合3S技术,解译了次生地质灾害及潜在地质灾害体,并进一步探讨了震后次生地质灾害的发生、分布规律。研究成果对灾后重建、高山峡谷地震多发区的防灾及灾害遥感机理研究具有借鉴意义。     

芦山地震公路地质灾害调查及评估

芦山7.0级地震诱发公路沿线大量地质灾害,通过调查掌握了350 km灾区公路沿线158处崩塌及滑坡灾害点数据,统计分析表明庐山地震区高陡边坡崩塌落石问题突出,陡坡硬岩段是地震崩塌灾害高发区。芦山地震地质灾害主要发生在白垩系-第三系巨厚层状砾岩,二叠系、泥盆系灰岩,以及澄江-晋宁期闪长岩、花岗岩边坡上。实测剖面统计表明边坡失稳区坡度在40°以上的占总数量的95.3%。根据震后崩塌对公路通行的危害程度,划分了严重、大、中、小四个危害等级,考虑崩塌灾害发生可能性、崩塌失稳形式及规模、坡高、坡面形态及坡度、公路位置及构造物形式,进行震后崩塌灾害危害评估。     

基于离散元的普洒崩塌过程分析研究

崩塌一旦发生,往往带来严重的生命财产损失。2017年8月28日10时30分左右贵州省纳雍县张家湾镇普洒村发生了灾难性的高位崩塌地质灾害,摧毁了普洒村居民区房屋,还有26人遇难,9人失踪,8人受伤。查明崩塌的基本特征及现场工程地质条件变得尤为重要,有利于找出诱发崩塌的关键性因素,分析崩塌的形成机制及运动过程,为此类灾害防治及早期识别提供理论依据。文中通过现场调查、无人机航拍、现场视频和已有地质资料查明斜坡工程地质条件、斜坡特征,分析崩塌运动过程,采用3DEC离散元数值模拟方法,对高陡斜坡在地下开采作用下崩塌所产生的机理、失稳模式、运动轨迹进行了全过程模拟,并将数值模拟结果与崩塌实际过程进行对比。结果表明：通过3DEC模拟地下开采诱发的崩塌过程,发现斜坡在地下开采的扰动下会产生大规模的崩塌。普洒崩塌的主要过程为：（1）煤矿的开采过程中,斜坡受到扰动,加剧岩体产生变形,上覆岩体出现开裂塌陷现象,坡顶出现拉裂缝;（2）采空区形成后,整个坡体出现不均匀沉降,裂缝进一步向下扩展,岩体破碎趋向临空面倾倒,开始脱离坡表,形成崩塌;（3）坡顶岩体变形剧烈,斜坡整体失稳,发生大规模崩塌;（4）崩塌块体间冲...     

高土石坝地震响应特性振动台模型试验与数值模拟

通过大型振动台模型试验,研究了不同幅值、不同频率和不同持时的地震动作用下高土石坝的地震响应特性,分析了高土石坝的地震破坏模式和破坏机理,并采用有限差分程序结合模型试验进行了动力数值模拟。研究结果表明:加速度响应沿坝高存在明显的顶部放大效应;坝坡加速度响应相对于同高程坝体内部呈现表层放大效应;当输入地震波的卓越频率与坝体自振频率接近时,坝体加速度响应更为强烈;坝体地震永久变形需要一定的时间累积,地震动持时对永久变形有较大影响。在振动台模型试验中,坝体破坏首先从坝顶部开始,破坏模式主要表现为坝顶部堆石松动、滚落、坍塌,甚至局部浅层滑动,其主要原因是加速度响应在坝顶部和坝坡表层存在放大效应,以及坝顶堆石围压低、抗剪强度低三个因素的叠加作用,因此,坝顶部是高土石坝抗震设计的关键部位,研究结果可为高土石坝的抗震设计提供参考。     

公路山体崩塌灾害处置技术研究

山体崩塌严重影响公路建设、运营安全。国内外研究集中在山体崩塌发生的成因及机理,对永久治理方面研究较少。针对我国秭归县崩塌灾害,将传统公路隧道进出口明洞理念引入崩塌治理中,提出一种永久治理公路山体崩塌灾害的治理方法:并从受力性能、采光、经济安全等方面进行论证研究,给出了防崩塌明洞的设计方法,为类似公路灾害处置提供参考。     

汶川地震诱发黄洞子沟地质灾害链效应及断链措施研究

黄洞子沟地区是汶川地震触发震害最为严重,灾害链效应最为明显的地区。通过详细的实地调查、借助遥感影像、雨量数据分析,揭示了震后地质灾害发育情况及特征,并归纳出了地震-滑坡-堰塞湖;地震-震裂山体-崩塌-碎屑流-泥石流;地震-崩塌、滑坡-泥石流三种典型的地质灾害链模式。将灾害链成链动力过程划分为:孕灾环、激发环、演化环和损害环,孕灾环是前提,激发环是启动因素,演化环是过程,损害环是结果。黄洞子沟灾害链是由内外动力作用联合形成的复合型灾害链,仍处于不断演化的过程当中,并从地形条件、地质条件、气象水文条件三个方面对灾害链的成链条件进行了分析,最后针对黄洞子沟灾害链的现状及威胁对象,建议从损害环采取主要断链措施。     

汶川强震区震裂山体分布特征与成灾模式研究

为研究2008年汶川8.0级地震强震区震裂山体灾害的分布特征及其成灾模式，首先基于植被退化趋势法和全球地表类型覆盖图等多源数据融合方法对研究区震裂山体进行识别，建立了124处典型震裂山体灾害点数据集。分析表明：震裂山体分布特征与地震的峰值加速度(PGA)等值线和断层距呈现高度正相关性，受高程放大效应和地形影响，85.48%的灾害点发育于泥石流沟域内，同时94.35%的震裂山体来源于同震滑坡后缘的持续变形；震裂山体主要成灾模式包括高位震裂山体高速崩滑碎屑流、高位震裂山体崩滑铲刮侵蚀型泥石流和高位震裂山体多点崩滑堵溃型泥石流三种灾害链。研究结果对强震区震裂山体灾害的全面识别和综合防治及强震区工程规划具有一定参考价值。     

黄土高陡边坡建筑动力临坡安全距离试验研究

针对黄土高陡边坡独特的动力易损性以及黄土地区典型的建筑分布特点,以黄土高陡边坡坡顶建筑物的动力临坡安全距离为研究目标,采用大型振动台模型试验的方法,通过输入振幅逐级增大的地震波,对比分析了坡顶、坡脚处建筑物的动力响应与破坏过程,揭示了强震作用下临坡建筑的失稳特征与动力临坡安全距离。结果表明:坡顶建筑物的破坏程度与动力响应比坡底建筑强烈,随着边坡的破坏,坡顶建筑物有发生向坡面一侧倾覆的风险,滑坡土体最高堆积至坡下建筑物4层高度处;坡顶建筑地基基础呈“不对称式拉剪破坏”,加速度沿楼体高度有放大效应,且随着地震荷载幅值的增大,放大效应更加明显;土与建筑结构相互作用下,坡顶裂缝竖向发展可达50 cm,对照原型,黄土高陡边坡的竖向裂缝深度可达25 m,试验结果与1989年塔吉克斯坦5.5级地震震害相符。坡高为35 m,坡脚角度为70°的黄土高陡边坡,在强震荷载作用下,坡顶多层建筑的临坡安全距离最小值为20 m。     

基于动力离心试验的锚拉桩加固滑坡时程响应分析

时程响应是发展锚索抗滑桩抗震技术和改进抗震设计方法的基础。基于离心模型试验平台,设计完成了50g离心加速度条件下锚索抗滑桩加固滑坡体的振动台模型试验。输入了4种不同强度的Taft地震波,利用布设在不同位置的微型传感器,记录了桩身和滑坡体的动态时程数据,并以此为基础分析了桩身和滑坡体不同位置的时程响应规律。结果表明,锚索抗滑桩和坡体的时程响应均受输入地震动控制,其动态变化形式与输入地震动基本一致;峰值加速度在基岩内部变化不大,在坡体内部从外向内呈现先减小后增大的趋势;不同高程的PGA放大系数呈现高程效应,坡面存在浅表动力效应;坡体内部PGA放大系数总体上随输入地震动的增大而增加,但在基岩面附近放大效应不明显;锚索的加设有效降低了坡体内部中心位置的加速度放大效应。研究成果可为开发科学合理的锚索抗滑桩抗震设计方法和验证数值模拟成果提供参考依据。     

地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面放大效应研究

为了研究地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面的放大效应,借用FLAC3D软件,建立了含软弱夹层顺层岩质边坡动力分析数值模型;在合理考虑地震动输入、边界条件、网格划分与模型参数的基础上,分析了地震动峰值、频率、持时以及初动方向等因素影响下的边坡表面放大效应。研究结果表明:①地震动峰值、频率和初动方向对边坡表面放大效应的影响较显著,而地震动持时对边坡表面放大效应的影响微小;②随着地震动峰值的增加,放大效应由软弱夹层之上的坡面及坡顶面向坡肩点逐渐增大,坡肩点的放大效应最大;③当输入地震动频率小于边坡的自振频率时,边坡表面加速度放大倍数较小,且频率越小,放大倍数越小,当输入地震动频率大于边坡的自振频率时,边坡表面加速度放大倍数较大,且频率越大,放大倍数亦越大。