强震条件下边坡破坏面发展过程及稳定性研究

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我国地处世界上两条最活跃的地震带之间,东有太平洋地震带,西有喜马拉雅山—地中海地震带。因此我国强震分布广,破坏性地震几乎遍布各省。据统计,我国自公元前2221年-公元2012年,共发生Ms≥4.7级地震6741次,Ms≥7级地震193次。破坏性地震一般会造成重大的人员伤亡和财产损失,而有关数据表明由地震诱发边坡失稳造成的破坏和人员伤亡往往超过地震本身。因此,地震诱发地质灾害问题非常严重。为了更进一步了解地震诱发地质灾害的特征及其本质,开展了地震诱发边坡滑动面特征及稳定性评价方面的研究,取得了以下成果:  (1)通过对汶川地震诱发的29个大型滑坡进行的分析结果表明:地震条件下边坡的变形破坏具有惯性力破坏的特点;大型滑坡多发生在坡角为20°-50°的坡度范围内;边坡的变形破坏多发生在坡顶,且坡度较陡的边坡发生的浅层崩滑数量远远多于大型滑动数量;岩体结构对地震边坡的变形破坏有控制作用。地震诱发边坡具有三个最为明显的特点:高位性、拉裂特性和结构控制性。地震边坡的破坏过程分为以下四种阶段:起始阶段-后缘拉裂缝形成;发展阶段-下部边界形成;运动阶段-破坏后初始运动;最终阶段-崩滑体停积。  (2)边坡坡度变化时,对边坡破坏位置进行了研究。边坡的变形破坏一般从后缘的拉裂开始;坡角不同,破坏形式不同,坡角为30°时边坡的变形破坏则是后缘的拉裂与前缘的剪破坏同时作用于坡脚;坡角为40°时边坡的变形破坏与坡角为30°相似;坡角为50°时边坡的拉裂位置后移,前缘剪出位置也发生在边坡中部。边坡坡角不同,在地震条件下破坏位置也不相同:坡角30°-50°范围内的边坡,破坏时后缘拉破坏与前缘剪破坏同时发生,更利于发生大型滑坡;而坡角小于30°的边坡发生轻微剪破坏的可能性较大;坡角大于50°的边坡发生崩塌破坏的可能性较大。  (3)根据屈服区分布和发展,对地震边坡稳定性进行分析。针对坡角为30°、40°、50°边坡的地震计算表明:坡角为30°的边坡变形破坏所需要的地震力要大于坡角为40°和50°边坡;坡角为30°时边坡的坡顶拉破坏和坡脚的剪破坏较为明显,较易发生大型滑动破坏;坡角为40°的边坡坡项拉裂和坡脚剪切破坏明显,较易发生大型滑动破坏,但破坏面较坡角为30°的边坡浅;坡角50°时边坡发生坡顶拉破坏明显,下部剪破坏面较陡,较易发生崩塌性破坏。地震波周期对边坡变形破坏作用影响较大。当周期大时单个波长涉及到的岩土体范围较大,惯性力也较大,较容易发生整体性的滑动破坏。  (4)针对非均质边坡提出多级潜在滑动面的分析方法。通过算例及实际边坡应用证明,多级潜在滑动面评价方法是有效的。在多级评价的基础上,通过对边坡三维空间进行分析,对边坡进行安全度分区,可以了解边坡内任意区域的稳定性状态。边坡的多级稳定性评价及安全度分区可为工程技术人员在监测设计、治理设计中提供指导。  (5)对龙江特大桥索塔边坡进行了静态多级稳定性分析和动态多级稳定性分析,根据龙江特大桥的岩层分布情况,找出了多级潜在滑动面。静态下使用Morgenstern-Price法,动态下使用动态Sarma法进行稳定性计算,根据各级滑动面的稳定性系数给出了索塔边坡的静态安全度分区及动态安全度分区。
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