地震作用下千枚岩顺层斜坡动力响应规律研究

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我国地震灾害的典型特点是频率高、强度大、分布广。其中由于西部山区地震频发,顺层岩质斜坡广泛分布,受地震作用影响顺层岩质斜坡易产生崩塌、滑坡等地质灾害,威胁工程建设和人民生命安全。目前对于千枚岩顺层斜坡在地震作用下的动力响应研究较少,因此进行地震作用下千枚岩顺层斜坡动力响应分析具有重要的研究意义和工程指导价值。本文基于调查勉县受地震影响的千枚岩顺层斜坡,总结斜坡坡体结构特征,进行相关物理力学试验,构建概化模型,利用3DEC模拟研究了地震作用下千枚岩顺层斜坡动力响应规律及变形破坏过程,并以沮水坝滑坡为例,分析了其地震动力响应及失稳过程。论文的主要工作与成果如下:(1)通过现场调查勉县受地震影响的千枚岩顺层斜坡,总结归纳该研究区千枚岩顺层斜坡的坡体结构特征。(2)通过千枚岩常规单轴压缩试验、常规三轴压缩试验和单轴循环荷载试验,获取研究区典型千枚岩的相关物理力学参数,为后续数值模拟研究、参数取值等提供依据,并揭示不同频率条件下多级循环荷载对千枚岩物理力学特性的影响。随着围压的增大,千枚岩三轴抗压强度增大;随着荷载频率的增加,千枚岩峰值强度降低,破坏时的应变也呈现出增大的趋势;同一荷载频率下,随动应力幅值的提高,千枚岩动弹性模量逐渐降低,阻尼比逐渐增大;随着荷载频率的加大,千枚岩的动弹性模量逐渐降低,阻尼比无明显规律。(3)使用3DEC建立概化模型,研究地震作用下千枚岩顺层斜坡加速度响应及其分布规律。结果表明:在地震作用下,千枚岩顺层斜坡内部的X方向加速度放大效应随着斜坡高程的升高而变大,随着与坡面距离的增大而减小;岩层倾角越接近斜坡坡角,斜坡内部X方向加速度放大效应越强;斜坡坡角越大,斜坡内部X方向加速度放大效应越强;输入双向耦合地震动时斜坡内部的X方向加速度放大效应强于只输入水平向地震动时的X方向加速度放大效应。(4)千枚岩顺层斜坡在地震作用下的变形破坏过程:在坡顶位置产生沉降,在后缘处开始产生拉裂缝;斜坡坡脚处的岩层受到挤压作用发生弯曲隆起;斜坡内部的结构面逐渐贯通,形成潜在滑动面;滑动面以上的坡体顺着贯通后的滑动面向下滑动;最终斜坡整体失稳滑动。(5)选取沮水坝滑坡作为研究对象,采用3DEC建立沮水滑坡三维数值模型,验证重力条件下斜坡的稳定性;通过输入地震波从加速度以及塑性区演变等方面研究地震作用下顺层斜坡的动力响应规律及破坏过程;斜坡的X方向加速度放大效应随着坡高的增大而变强,随着与坡表距离的增大而减弱;斜坡的动力失稳过程为:后缘沉降拉裂—坡脚弯曲隆起—潜在滑动面逐渐贯通—沿贯通滑动面滑移—整体失稳。
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