收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

频发微震作用下三峡库首段典型滑坡变形机制及动力响应研究

江洎洧  
【摘要】:三峡库区2003年开始蓄水,目前已成功蓄水至设计水位175m,库首段(本研究指三峡坝址至湖北省巴东县)水位较蓄水前提升100m左右。巨大的附加水压力荷载将施加于库盆岩体,且按库区正常水位调度计划,库水位每年将在145m~175m之间呈周期性涨落,这将对本区原始水文地质工程地质条件构成影响,同时也极大提高了库首段诱发地震的可能。 据专业文献和媒体报道:自2003年蓄水开始,库首段地震活动呈明显加剧趋势。据不完全统计:2003年共发生地震541次,地震频次较1996至2002年提高近3~13倍;2004年共发震1062次,地震频次比2003年增加近一倍,且地震强度也有所增加;而2008年至目前,地震频次也一直维持在较高水平。 诱发地震具有震源浅、衰减快、能量释放相对集中等特征。因此其震中附近地表地震烈度明显大于相同震级的构造型地震,3级以上诱发地震其震中烈度甚至可达到Ⅴ-Ⅵ度。虽然频发微震远小于三峡大坝及重要水工构筑物的设计抗震标准,对其长期安全运营不会构成威胁,但三峡库区作为我国滑坡、崩塌等地质灾害高发地带,频发的微震作用,加上与诱发地震具有密切关联的库水位周期性涨落,如此动力~渗流等复杂耦合作用是否会对本区滑坡,尤其是结构相对松散的滑坡造成影响呢?据近年许多学者对蓄水后库区滑坡活动规律的研究发现,蓄水后库区已有滑坡出现变形复活迹象,其是否与库水位的周期性涨落以及陡然增多的微震作用有关是值得深入研究的,目前尚无与之相关的系统性研究。 本研究选取“频发微震作用下三峡库首段典型滑坡变形机制及动力响应”为研究主题,将库首段广泛分布的松散型滑坡归纳为构造松散型和堆积松散型两类,并分别选取仍有变形趋势的巴东黄土坡临江滑坡体和峡口集镇桥头滑坡作为代表。将巴东黄土坡临江滑坡作为研究重点,整个研究过程以基于实际诱发地震数据的统计分析为切入点(第2章),按照微观(第3章:水岩(土)耦合作用对滑坡不良地质单元的影响)——细观(第4~6章:典型滑坡岩土体静、动力学专题研究及测试)——宏观(第7章:多场耦合条件下滑坡体3D仿真计算)为线索,最终达到研究以黄土坡临江滑坡体为代表的构造型松散滑坡体变形机制和动力响应特性的目的;峡口桥头滑坡所代表的堆积松散型滑坡,地质构成相对简单,为研究次重点,通过对地质构造背景的分析、野外调查和实际诱发地震数据的统计分析(第2章),采用多场耦合滑坡3D仿真计算方法(第7章)研究了地质结构相对简单的堆积型松散滑坡的变形机制和动力响应特性。并对这两类松散型滑坡动力响应及变形机制之间的差异进行了详细对比,提出了具有针对性的防治方案。 整个研究得到以下结论和创新性成果: 1、系统搜集了近年库首段水位实际波动数据和本区已发M2.0以上地震详细数据及地震描述,并分析总结得到本区诱发地震主要发生于以下三种情况:1、库水位蓄至高位后不久,因库盆岩体附加荷载急剧增大,而诱发形成地震(急剧加载型);2、库水位快速下降以及下降至低位初期阶段,库盆岩体附加荷载突然卸荷,而诱发形成地震(卸载型);3、汛期水位大起大落阶段(快速加载卸载型)。且诱发地震表现出滞后于应力变化的特征,目前已发地震最大烈度为Ⅳ-Ⅴ度。 2、依托“教育部长江三峡库区地质灾害研究中心”国内首条在滑坡体上开挖的巴东黄土坡滑坡大型试验隧洞,笔者对试验隧洞进行了现场跟进地质编录和周边野外调查取样,全面采集了不良地质单元样本(包括滑带土、软弱夹层、软弱泥化带)及滑坡地层典型岩体标本等共计10类。动态分析对比不同样本间矿物化学成分、微结构、粒径分布的变化规律,以水岩(土)耦合作用和滑坡多期次重力改造作用等为理论基础,分析了不良地质单元在黄土坡滑坡中形成、发展及演化或迁移的同源性规律。分析认为:不良地质单元的形成包括相对软岩原岩在水化学作用下结构的破坏、原岩结构逐步丧失、形成软弱夹层及滑坡动力改造形成泥化夹层或主滑带等4步。并根据同源性线索,详细掌握了滑坡体内不良地质单元的空间分布规律。 3、主滑带,包括软弱泥化夹层,其在构造松散型滑坡体内分布较为广泛,对滑坡的变形可能起到控制作用。但该类地质单元呈带状分布,通常具有较高的粗颗粒含量,且具有分布不均匀且不连续的特点。这导致实际情况下,难以获取大量而完整的原状样本进行粗粒料大尺寸力学实验;而若按现有小尺寸土工试验,受测试粒径限制,则要剔除样本中含量较多的粗颗粒,使得最终测试获取的力学参数与实际情况可能存在较大偏差。本文探索性提出CT扫描原状滑带土——细组构物理力学实验——数值仿真试验多种手段相结合的新方法,成功获取了原状粗粒滑带土的真实力学指标。研究表明:粗颗粒含量在30%左右,即能显著提高样本总体剪切强度,特别是黏聚力c提高较为明显,内摩擦角Φ略有提升。并结合数值试验、样本微观结构特征和主滑带中碎石表面的力学痕迹,从土-石耦合受力机理角度,分析了粗颗粒对力学指标提升所起作用。该技术手段的优势在于:最大程度考虑原状样本的结构特性并结合力学试验成果,利用数值仿真试验可重复性强、平行对比性好、可视化效果好、计算可靠度高等特点,可进行大量数值试验,为获取原状粗粒土材料力学参数提出一条新思路。 4、受褶皱挤压和拉伸作用,构造型松散滑坡中软硬岩层差异部位,多发育有层间剪切带,其强度接近结构面残余强度,是典型的滑坡不良地质单元。该类岩体结构面表面起伏形态复杂,且各向异性明显。受结构面剪切测试的不可重复性,以及不同样本间差异较大导致的平行对比困难等因素限制,目前直接通过结构面剪切强度测试获取其力学指标是较为困难的,这也是通常情况下,结构面剪切测试中遇到的因数据离散性过大而难以直接使用的问题。经典的结构面形态指标——节理粗糙度系数(joint roughtness coefficient,JRC)一方面仅能反映结构面测线2D的形貌特征;另一方面,在进行定量化时,需要与典型测线进行对比,带有较强的经验性。本文探索性的提出结构面剪切强度测试——结构面表面形态3D空间分析——数值仿真试验相结合方法获取结构面的剪切强度参数。该方法中,3D表面形态分析可从机理上将结构面摩擦角部分的内摩擦角和爬坡角完全进行分离,并通过ARCGIS软件对数据空间分析,叠加坡度、坡向、剪切方向等因素,建立具有3D属性的结构面模型,并进行数值试验。通过力学试验成果与数值试验的对比,验证了该方法的可靠性,为精确获取岩石结构面参数提出一条新思路。 5、采用GDS土动三轴仪,对滑带土和软弱(泥化)夹层等不良地质单元进行动模量、阻尼比测试。测试采用中等尺寸样本(φ100mm×h200mm)进行,以尽量克服小尺寸试验尺寸效应明显及超限大颗粒剔除过多而造成的测试结果与实际指标偏差较大的问题。试验条件围压及固结比完全按照地质体实际赋存部位应力条件进行确定,并根据循环应力比Rf对样本强度进行估算,以确定动三轴测试中荷载级之间的步长,所有样本均达到了预先设计的进行10级左右动荷载加载的目标。在土的动力学本构模型中,最大动剪切模量Gmax是一个重要参量,然而,目前尚无针对各类土样的普适性统一定量计算方法,现有方法均需要较多的参量和工程经验方能对其进行半定量的计算,实际操作不易。但事实上,一种工况下Gmax的真值是唯一的,为此笔者结合对土体动力学特性具有广泛适用性的修正Davidenkov模型,提出对Davidenkov模型中的三个参量多元回归和对不同荷载步下Gmax自适应逼近迭代的反分析算法,在同时满足Davidenkov模型曲线三参数对测试数据拟合以及反算Gmax残差最小的双重计算约束条件下,对动三轴测试数据进行了拟合,取得了良好的使用效果。在规避了直接获取Gmax存在困难的情况下,顺利得到了适用于三类测试样本的动力学本构模型。 6、黄土坡临江滑坡体下覆的巴东组第三段岩层软硬岩层交替频繁。地震荷载作用下,这些典型岩体的动力响应特征直接影响到地震波在滑坡中的传递规律。运用MTS815岩石力学综合测试系统,对采自大型试验隧洞主滑带附近的5类巴东组第三段典型岩样(软岩为(溶蚀)泥灰岩、硬岩为泥质灰岩)进行频繁加卸载循环作用测试。通过改变循环次数的方法,对各类岩石动弹性模量、动泊松比、阻尼比、单轴抗压强度及强度变化趋势进行了详细分析和总结,并基于破坏面微结构特征判断动荷载对较软的泥灰岩和强溶蚀泥质灰岩可能造成的影响。该研究定量得到了各类岩体在频繁加卸载作用下所表现出的不同动力响应特性,也为后续的3D滑坡多场耦合数值模拟提供了可靠得参数。 7、根据对黄土坡临江滑坡和峡口桥头滑坡地质结构的详细实地调查和获取的典型地质剖面,分别建立其精确的3D地质模型。基于各专题研究获取的参数以及对典型地震波基线的解析校准,按照总结获取的诱震规律,选取符合实际条件的Ⅳ度和Ⅴ度两种地震烈度和145m~175m(30d)、175m-145m(60d)、145m-165m-145m(30d)三种易震工况进行数值模拟。得到了两种烈度频发微震作用下,黄土坡临江滑坡和峡口桥头滑坡所表现出的动力响应和变形机制特征,总结如下:(1)、渗流环境对滑坡体产生的不利影响不容忽略,其形成的不平衡渗流矢量对动荷载作用下滑坡的变形不利,渗流作用对堆积松散型的峡口桥头滑坡具有较大的直接影响;(2)、滑坡对动荷载的响应特征存在很大差异,构造松散型的黄土坡临江滑坡中,滑带土、软弱(泥化)夹层阻尼比大、动力滞后特征明显,对地震波具有放大效应,进而加剧滑坡变形趋势;(3)、滑坡变形机制的受控因素方面,黄土坡临江滑坡变形受控于振动荷载的特征明显,而峡口桥头滑坡变形量受易震工况下的渗流环境影响更大;(4)、两类滑坡的变形在频发Ⅳ度地震条件下均呈现稳定收敛的趋势,但频发地震烈度若达到V度,黄土坡临江滑坡的累积变形表现出不收敛的趋势,对滑坡稳定性不利。经过与滑坡监测数据特征对比,验证了数值模拟过程和结论的正确性和可靠性。最后根据两类松散型滑坡在频发微震作用下动力响应和变形机制所表现出的不同特性,分别提出了治理建议。 论文研究以贴近实际工程本身为基础,旨在通过采用综合技术手段,系统性研究频发微震作用下库首段两类典型松散型滑坡体的动力响应和变形机制,其研究思路可推广到对其他相似滑坡变形机制和动力响应的研究当中,具有较强的工程借鉴价值。同时,研究中对变形机制和动力响应特征规律的总结,对库区制定合理的地质灾害防治方案、减轻地质灾害可能对库区人民生命财产安全造成的损伤和保障三峡库区的长期安全运营具有重要的工程参考价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 马胜利,马瑾;岩石的流变性质与断层模型[J];地球物理学进展;1995年03期
2 杨国华!中国天津300180,韩月萍!中国天津300180,张凤兰!中国济南250061;利用GPS复测结果确定华北不同运动性质单元及活动方式[J];地震学报;2001年01期
3 琚宜文,姜波,侯泉林,王桂梁;构造煤结构成分应力效应的傅里叶变换红外光谱研究[J];光谱学与光谱分析;2005年08期
4 杨根兰;黄润秋;严明;刘明;;小湾水电站饮水沟大规模倾倒破坏现象的工程地质研究[J];工程地质学报;2006年02期
5 曹毅;宋述光;;俯冲带榴辉岩的变形作用及其对恢复俯冲-折返过程的意义[J];地质通报;2008年10期
6 许志琴;侯立玮;王大可;王宗秀;;“西康式”褶皱及其变形机制——一种新的造山带褶皱类型[J];地质通报;1991年01期
7 刘瑞珣;显微构造地质学[J];地球科学进展;1992年06期
8 王峰,王驹,范洪海,苏刚,徐健,王焕贞;甘肃北山旧井地区晚第四纪活动断裂分布及其构造意义[J];地质论评;2005年03期
9 叶文君;米绪军;惠松骁;;“橡皮金属”研究进展[J];科技导报;2008年01期
10 郭伟国;李玉龙;黄福增;;不同应变率下泡沫铝的形变和力学性能[J];爆炸与冲击;2008年04期
11 苏永超;黄文洁;王玉夜;谷江波;金叶;;西南某滑坡稳定性分析与评价[J];甘肃科技;2011年03期
12 赵中岩;压溶——挪威斯匹次卑尔根西部浅变质岩变形机制之探讨[J];科学通报;1985年02期
13 孙世国,王思敬,李国和,蔡美峰;开挖对岩体稳态扰动与滑移机制的模拟试验研究[J];工程地质学报;2000年03期
14 王勇;张志强;张红利;;贵州三凯高速公路地质灾害概况与对策[J];岩石力学与工程学报;2005年S2期
15 刘正宏;徐仲元;杨振升;陈晓峰;;变质构造岩类型及其特征[J];吉林大学学报(地球科学版);2007年01期
16 韩梅东;邓荣贵;;四川深溪沟水电站苏姑坪危岩体变形特征及其机理研究[J];地质灾害与环境保护;2007年01期
17 陈孝德;林传勇;史兰斌;;汉诺坝新生代玄武岩中下地壳麻粒岩包体的变形显微构造特征及其地质意义[J];岩石学报;2007年11期
18 黄玉华;武文英;薛强;陈社斌;张睿;;陕北子长县阎家沟黄土滑坡特征及其变形机制[J];灾害学;2009年01期
19 顾倩倩;王雪涛;朱健;邱冬华;程秀围;关庆丰;储金宇;;强流脉冲电子束诱发单晶铜表层的缺陷结构[J];哈尔滨工程大学学报;2010年04期
20 刘俊来;;辽吉古裂谷内带顺层构造片岩的变形构造与变形机制[J];吉林地质;1991年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李维朝;戴福初;李宏杰;许领;赵春宏;刘振波;;220kV盐津变电所开挖边坡变形机制分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
2 李芙林;马惠民;张华;;中尼公路滑坡概况[A];2002年中国西北部重大工程地质问题论坛论文集[C];2002年
3 林振湖;;建攀枝花市11个典型滑坡调查分析与防治对策研究[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
4 何昌荣;周永胜;;大陆地壳强度轮廓、变形机制与地震动力学过程[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年
5 付真;蔡永恩;;1999年台湾集集地震震后变形机制的研究[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
6 程东幸;刘厚健;刘志伟;鄢治华;;陕北某电厂Ⅲ区边坡变形机制分析[A];第三届全国岩土与工程学术大会论文集[C];2009年
7 杨宗佶;乔建平;何思明;;典型滑坡危险度评价研究[A];中国岩石力学与工程实例第一届学术会议论文集[C];2007年
8 张维嶽;高小旺;易方民;;高层建筑偏心支撑钢框架分析方法研究[A];庆贺刘锡良教授执教五十周年暨第一届全国现代结构工程学术报告会论文集[C];2001年
9 张曾荣;何绍勋;;望湘花岗岩高温高压三轴变形实验研究[A];第四届全国构造物理、第二届全国高温高压联合学术讨论会论文摘要[C];1989年
10 张大辉;李志强;钟雪友;;半固态AlSi7Mg合金触变压缩过程中变形机制的研究[A];第二届半固态金属加工技术研讨会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 江洎洧;频发微震作用下三峡库首段典型滑坡变形机制及动力响应研究[D];中国地质大学;2012年
2 陈德民;大块非晶合金变形机制及本构行为[D];哈尔滨工程大学;2003年
3 闫蕴琪;8.5Nb-TiAl基合金制备—组织—性能关系[D];西安交通大学;2001年
4 关庆丰;强流脉冲电子束作用下金属材料的微观结构状态[D];吉林大学;2005年
5 郑荣章;阿尔金构造系晚更新世中晚期以来的构造隆升及其变形机制[D];中国地震局地质研究所;2005年
6 刘先黎;电刷镀大块纳米铜的制备及力学性能研究[D];吉林大学;2006年
7 张含卓;块体电沉积纳米晶铜的微观结构和力学行为[D];吉林大学;2008年
8 王春艳;Al_(18)B_4O_(33)w/Mg复合材料热压缩变形行为与微观机制[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 李荣广;高强度Mg-Y-Zn合金的变形和摩擦磨损行为研究[D];吉林大学;2009年
10 于兴福;一种无铼镍基单晶合金的蠕变行为及影响因素[D];沈阳工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王其江;西北黄土边坡工程稳定性研究[D];辽宁工程技术大学;2002年
2 李英杰;等通道转角挤压Mg-Zn-Nd合金的超塑性变形行为[D];沈阳工业大学;2007年
3 廖明顺;多孔材料力学性能数值模拟[D];昆明理工大学;2006年
4 安春香;强流脉冲电子束作用下面心立方金属缺陷结构形成与演化[D];吉林大学;2006年
5 杨晓芳;新疆库玛拉克河大石峡水电站Ⅰ~#变形体稳定性评价[D];成都理工大学;2008年
6 陈晓锋;内蒙古大青山深层次韧性变形带研究[D];吉林大学;2007年
7 刘翠萍;α钛的孪生变形及其塑性韧性的研究[D];西安理工大学;2005年
8 于兴福;单晶镍基合金的高温蠕变特征及影响因素[D];沈阳工业大学;2005年
9 单巍巍;半固态镁合金组织成分演变及流变特性分析[D];兰州理工大学;2005年
10 樊东;溪洛渡水电站左岸谷肩堆积体开挖边坡变形机制分析[D];成都理工大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 实习生 于晓琳记者 晏燕;我块体非晶合金研究取得进展[N];科技日报;2007年
2 记者 罗会江 通讯员 喻秦军;金沙江岸坡稳定适宜水电站建坝[N];地质勘查导报;2007年
3 詹海燕;贵州兴仁地灾防治规划完成[N];地质勘查导报;2007年
4 赵康婴;黄河设计公司探讨西线五大关键技术[N];中国水利报;2005年
5 记者  李大庆 通讯员  孙秀锦;新非晶合金具惊人超高塑性和超高强度[N];科技日报;2007年
6 通讯员 孙兴文;国家高科技项目油气成藏研究获硕果[N];中国石油报;2003年
7 沈汝发 吴晶晶;我国探索利用卫星系统开展地质灾害监测[N];中国社会报;2010年
8 彭冬梅;盐构造解释技术[N];中国石油报;2004年
9 范宏喜;北斗导航系统抗震救灾功不可没[N];中国矿业报;2008年
10 本报记者 吕宗恕 实习生 唐靖;还有多少个“舟曲”潜伏?[N];南方周末;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978