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土质滑坡稳定性影响因素的敏感性研究

刘茂  
【摘要】:“5.12”汶川特大地震触发了大量的土质滑坡,其中,青川县地震灾区距离震中远,但受灾程度却很严重。针对地震触发大量土质滑坡的现实,在目前经济和技术条件还不足以彻底勘查和治理的情况下,开展对地震土质滑坡灾害的敏感性研究具有重要的现实和理论意义。本文在前人研究的基础上,以青川县地震灾区的现场调查和青川地震灾区资料收集为依托,以青川县强震高烈度地区的土质滑坡为研究对象,运用工程地质分析方法、工程地质统计学方法和工程地质数值分析方法,对研究区土质滑坡的特征进行了统计分析,在此基础上,系统研究了影响地震土质滑坡稳定性的影响因素,同时,统计分析青川县地区诸多土质滑坡稳定性影响因素间的相关性和对应函数,并且,采用著名的有限元分析软件GeoStudio2004对土质滑坡的稳定性进行数值分析研究,在此基础上,利用正交试验设计,对青川县地震灾区土质滑坡的敏感性进行了系统的研究,主要获得了以下几方面认识: (1)研究区属于强震高烈度地区,地震烈度为Ⅶ度,地震基本加速度为0.15g,地质构造复杂,域内主要分布有都江堰-江油断裂、映秀-北川断裂、平武-青川断裂,其中,映秀-北川断裂、平武-青川断裂在“5.12”汶川地震时活动性较强。 (2)本文对研究区土质滑坡特征进行统计分析,获得了影响地震土质滑坡稳定性的影响因素。通过对研究区土质滑坡进行统计分析可知,区域地质构造是控制地震土质滑坡发育的主要因素,在活动性强的大断裂附近,土质滑坡分布较多;地形地貌对斜坡稳定性的影响表现在地震对坡体的放大效应(位移放大系数、速度放大系数、加速度放大系数)上,研究区地震土质滑坡多发育于高程为700m-900m(77%),相对高程为10m-100m(76%),斜坡的中上部,平均坡度为20°-39°(71%),坡体坡型为凹型(43%);地震土质滑坡容易发育于软岩地层斜坡上,且与岩层倾向和倾角有关,研究区以千枚岩和板岩岩性(50%)、顺层滑坡(61%)、岩层倾角为30°-39°(53%)居多;岩土体结构对地震波传播具有界面效应,使得在各类界面附近出现了复杂的动应力分异,特别在基覆界面处应力等值线相对密集,出现明显转折;岩土体类型一方面影响地震波的衰减特征,另一方面体现在物理力学特征上,研究区土质滑坡类型为堆积体滑坡;水是影响土质滑坡稳定性不可缺少的影响因素,研究区地震后土质滑坡的主要诱发因素即为降雨,地震持时期间,孔隙水压力的不断增加促进了地震土质滑坡的破坏。总之,地震土质滑坡的稳定性影响因素为地形地貌、地层岩性、岩层倾向和倾角、岩土体结构、岩土体类型、区域地质构造、水文地质条件。 (3)本文指出了评价土质滑坡稳定性的理论方法——有限元极限平衡条分法(有限元方法与极限平衡条分法的结合)对土质滑坡稳定性评价是合理和精确的。本文对现有的各种极限平衡条分法在精确度和合理性方面进行了综述,并且提出了此法对强震高烈度土质滑坡的适用性和注意事项;用有限元方法对土质滑坡稳定性评价的理论进行了全面的分析,包括坡体材料的本构模型、渗透理论、静态条件下的应力分析理论、边坡的动力响应分析理论、应力场与渗流场的耦合理论;最后,利用这两种方法的结合思想,得出了有限元极限平衡条分法的土质滑坡稳定系数表达式。利用著名有限元分析软件(GeoStudio2004)计算各种状况下的土质滑坡稳定性,与极限平衡条分法计算结果进行比较,认为,刚性稳定系数与有限元极限平衡稳定系数相差值为10%以内(地震条件下相差值为15%左右),利用有限元极限平衡稳定系数评价强震高烈度土质滑坡的稳定性是可行的。 (4)对研究区土质滑坡稳定性影响因素进行定量性统计分析,得出研究区土质滑坡的某些影响因素具有一定的相关性且服从某种函数关系。根据统计可知,研究区土质滑坡影响因素依据相关性可以分为三类,它们分别为天然粘聚力、饱和粘聚力、坡面倾向和天然重度、饱和重度、坡度、高程、相对高程和天然内摩擦角和饱和内摩擦角三类,并且,天然粘聚力与饱和粘聚力、天然内摩擦角与饱和内摩擦角、饱和重度与高程、天然重度与高程满足双曲线,天然粘聚力与坡面倾向、饱和粘聚力与坡面倾向满足S型曲线,天然重度与坡度、饱和重度与坡度满足对数曲线,天然重度与饱和重度满足指数曲线2,高程与相对高程满足直线型函数。 (5)在上述三方面的研究基础上,运用正交试验设计理论,把研究区影响土质滑坡稳定性的影响因素分为土性参数和外部因素进行土质滑坡稳定性影响因素敏感性分析。本文对这两种稳定性影响因素从各个角度进行敏感性分析,分别考虑浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡三种情况,对这三种情况又针对不同坡型进行敏感性分析研究,得出浅层滑坡、中层滑坡、深层滑坡三种情况不同坡型的土性参数和外部因素的土质滑坡稳定性影响因素敏感性。


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