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刘家湾滑坡岩体介质分界面动力突变效应研究

何源  
【摘要】:岩体物理-力学性质随空间位置不同而有性质的差异,从而形成不同的波阻抗特性。强震条件下,应力波在传播过程中通常在介质物性差异界面形成强烈的反射、折射效应,产生巨大的动拉应力、动剪应力从而导致斜坡岩土体破坏或形成独特的动力失稳特征。因此,通过开展岩体介质分界面动力突变效应研究,具有重要的防震减灾意义。本文以2008年“汶川”地震触发的青川县刘家湾大型岩质山体滑坡为研究对象,结合相关地质资料开展理论研究、并通过野外实地调查、滑坡区岩体物理力学实验以及离散元数值模拟,探讨刘家湾滑坡在强震作用下应力波穿透不同地质单元时所产生的动应力突变特征,致使滑坡失稳的破坏机制。主要认识和结论如下:(1)通过对刘家湾滑坡的野外调查表明,斜坡总体上表现为“内硬外软”的二元结构组合,外部地质单元由震旦系胡家寨组炭质板岩、绢云石英千枚岩组成,而下部的地质单元则震旦系元吉组下段白云岩组成。通过室内岩石物理力学参数试验得到的结果分析,三种岩体在弹性模量呈梯度递减变化的趋势,白云岩的弹性模量为炭质板岩的7.1倍、炭质板岩的弹性模量为千枚岩的10.7倍。室内实验表明该斜坡岩体组成物质物理力学性质差异明显,在强震作用下地层岩性分界面易形成显著的动应力突变效应。(2)特殊的地质结构组合使得应力在穿透白云岩与炭质板岩地质单元时,透射应力约等于0.54倍初始应力,反射应力约等于‐0.46倍的初始应力。此时,反射进入白云岩地层的应力波为拉伸波,在地层分界面产生强大的动拉应力、动剪应力作用,使得斜坡最终沿地层分界面破坏并高速滑移剪出,形成滑坡。(3)刘家湾滑坡离散元数值模拟的研究分析表明,斜坡的剪切应变首先以地层分界面为界线集中在斜坡外部“软质岩体”板岩内。在地震动力的持续加载下,剪切应变开始集中在分界面两侧,沿地层分界面产生变形,并向坡脚锁固段集中,最终引起锁固段破坏而以地层分界面为滑移面高速剪出。整体上,斜坡中质点的水平加速度、竖向加速度均具有高程放大效应。其中,以监测点M6为参照,监测点M5~M1的水平加速度放大系数依次为1.25、1.28、1.46、1.55、1.58倍;竖直加速度放大系数依次为1.11、1.02、1.19、1.19、1.42倍,水平加速度放大更为明显。(4)白云岩及板岩组成的“内硬外软”二元结构在介质分界面处的动力分异效应与波阻抗比有着密不可分的关系,当波阻抗比0.8时,应力波在透过介质分界面时,最大主应力呈放大效应;当波阻抗比=0.8时,应力波在透过介质分界面时并无明显的放大或减小,可视为应力分异效应的临界条件;而当波阻抗比0.8时,应力波在透过介质分界面时最大主应力呈递减效应,且随着波阻抗比越大,递减效应越明显,亦即说明应力波在介质分界面出的反射效应越强烈。(5)刘家湾滑坡的破坏机制为“外软内硬”特殊的地层岩性组合使得地震波在穿过地质界面时发生折射、反射等动应力作用,耦合地形放大效应等使得斜坡体动力响应异常强烈,并使得滑坡沿软弱结构面剪出。其变形破坏可大致分为五个阶段:地震的长持时累积效应-地质界面应力突变阶段-高速溃滑阶段-碎屑流和堆积阶段-二次溃滑堆积阶段。


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1 何源;刘家湾滑坡岩体介质分界面动力突变效应研究[D];成都理工大学;2015年
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