基于PFC的王家岩Ⅰ号滑坡运动演化全过程研究

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近年来,我国地震灾害频发;伴随着强震的发生,常常引发大量崩塌、滑坡等地质灾害,给我国山区人民的生命和财产安全造成巨大损失。王家岩滑坡作为2008年汶川大地震过程中所引发的典型滑坡之一,具有诱因典型、规模大、滑体特征鲜明、危害巨大等特点,因此,对其运动演化全过程及堆积特征的研究具有重要科学意义。本文以王家岩I号滑坡为研究对象,首先,对该滑坡的运动与堆积特征进行了详细的工程地质调查;进而,运用条分法,对滑体的稳定性及变形特征进行了初步探讨;最后,基于离散元方法,通过PFC模拟软件,对地震及暴雨工况下(在一般工况下,此斜坡稳定,未形成滑坡)王家岩滑坡的失稳运动演化全过程进行了数值模拟研究。主要得到了以下结论:(1)王家岩Ⅰ号滑坡发育区坡体产状为80°∠40-50°,相对较陡;滑坡源区主要分布砂页岩以及粉质砂岩和薄层砂质板岩,基岩产状大致为350°∠35°,属于典型的横向坡。岩体内部节理裂隙十分发育,有3组优势结构面,产状分别为120°∠68°、200°∠65°、72°∠65°,将源区基岩切割为碎裂状,为滑坡的失稳提供了先决条件。(2)该滑坡在平面上呈现典型的舌型展布特征,滑坡纵向长350m,横向宽330m。滑体最大水平运距360m,最大垂直高差320m,在堆积区形成宽210m、长250m、厚10-20 m不等的堆积区,堆积体方量约160万m~3;堆积体表面坡度10-20°,呈波状起伏,为大型推移式岩质滑坡。在滑坡堆积区可见典型的层序保留现象,指示着滑体的低扰动运动过程。(3)借助PFC软件建模,通过考虑底边界输入地震波能量,模拟出来的滑坡堆积剖面在滑程上与滑坡的真实堆积剖面有着较高的吻合度;地震工况下模拟所得滑体表面颗粒最大运动速度为40-42m/s,与基于现场调查所推测出的滑体最大运动速度40m/s相吻合;数值模拟中滑坡的主体运动时间亦能够较好地与滑坡的实际运动时间相对应,因此,本研究中所见滑坡模型及模拟结果是可靠的,可在一定程度上反映滑坡的真实动力学过程。(4)考虑地震情况下暴雨对滑坡的影响,研究结果显示:暴雨对滑坡的发生具有较强的促进作用,能够提升滑坡运动过程中的最大速度、启动时间以及质心运距,受暴雨影响,滑体最大表面速度提升了3m/s,质心运距平均增加了2m;而滑体运动过程中,其内部的能量转化趋势及方式与非暴雨工况下基本一致。(5)数值模拟结果显示,王家岩I号滑坡具有差异性堆积现象,堆积体相较于原始滑体中部土体变厚,下部次之,而上部土体厚度大幅度降低,并全面覆盖在滑体的表面,同时掩盖中部和下部土层;滑体运动与堆积过程中具有层序保留现象,堆积体地层层序与滑体原始地层层序一致,但层序厚度分布发生了较大改变,且在堆积体前端岩层出现轻微的混合现象;滑体运动过程中具有裹挟效应,且裹挟效应作用强度随着下伏地层远离滑坡源区而减弱。
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