玉树地震作用下松散堆积层缓斜坡变形机制研究

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青海省玉树县2010年4月14日发生7.1级地震,造成G214线玉树机场至结古镇中断,省道308、309线基本可以保持通行,但地震造成的滑坡坍塌、开裂变形和稳定性降低等对道路安全造成极大的威胁。目前,边(滑)坡抗震稳定性计算仍采用基于极限平衡理论的拟静力法,缺乏系统完善的评价体系。开展公路边(滑)坡震害调查,及时搜集震害资料,分析滑坡地震变形破坏机理,可进一步为我国公路工程抗震研究提供坚实的基础资料。为此,本文以青海省国道G214线机场-囊谦-多普马段、省道S308、S309线灾后重建项目为依托工程,采用了现场调研、理论分析、数值仿真试验等手段相结合的研究方法,重点研究讨论研究区滑坡工程地质特征、滑坡岩土强度参数的选择及滑坡在静力和地震作用过程中的变形失稳机制等问题。(1)玉树地震地质灾害的空间分布地层岩性、地质构造和地震烈度有极大关系。堆积层地区以堆积层滑坡为主,基岩裸露地区以岩石高边坡病害为主,河漫滩地区在地震时常发生地基液化变形;受活动断裂影响,道路两侧滑坡与高边坡病害分布密集且集中;离宏观震中越远,灾害数量明显减少。(2)根据研究区滑坡地质结构特征,建立了几种典型的坡体结构模型,并对其可能的变形破坏模式进行了分析。在此基础上进一步建立滑坡稳定性分析的计算模型,根据堆积层滑坡坡体结构中是否存在软弱粘土层,概括为无软弱带模型、单层软弱带模型和多层粘土模型三种地震滑坡稳定性计算模型。(3)对滑坡区的岩土试样进行了多种含水率下的强度试验研究,发现滑坡峰残强度相差很大,且不同含水量对滑坡强度参数的影响非常大。岩土动强度参数研究发现强地震动作用会造成滑坡体强度显著降低。(4)静力条件下不同地层结构的滑坡变形机制存在巨大差异。对于无软弱带模型,其变形机制是中部首先开始变形,然后向后缘牵引,并挤压滑坡前缘,形成滑坡典型的三段式受力模式;对于单层软弱带模型,变形首先从中后部开始,挤压滑坡前缘,形成推动式滑坡;而双层软弱带模型,滑坡首先从前部开始变形,然后牵引滑坡后缘,形成牵引式滑坡。同时,滑坡质点在岩性分界面处出现位移不连续,而成为滑坡的薄弱地带。(5)在地震作用过程中,滑坡体岩性分界面无位移间断,即使对于单层和双层软弱带模型,滑坡也没有沿粘土层产生整体破坏。岩土强度参数对滑坡稳定性影响研究发现岩土强度参数的减小会使滑坡前缘更加不稳定,而滑坡后缘受到的影响较小。地震作用下一段时间后,滑坡前缘首先屈服失稳,接着滑坡后缘开始出现拉裂破坏,随之屈服范围逐渐扩大并产生坡面蠕动滑移,当地震作用结束时滑坡前缘坍塌严重但滑坡整体处于稳定状态。随着地震动强度的增大,滑坡失稳范围也越大,且坡面运动更加强烈,这就是机场路滑坡群的地震变形失稳机制。(6)研究发现,滑坡静力和地震动力作用时屈服单元的位置、屈服面的形状表现出极大的差异性,为解释这一现象,文中提出了滑坡地震作用的“矢量无序机制”,它能够比较合理的解释静力计算滑坡岩层界面和软弱夹层上下出现位移间断而成为滑坡的优势破坏面;但地震过程中层面或软弱夹层的优势破坏效应不明显,同时也能够解释滑坡坡面位移和临空面位移远比其他区域大的原因。
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