强震作用下均质斜坡动力响应的大型振动台试验研究

论文摘要

我国山地面积占总国土的三分之二,同时我国是一个地震频发的国家。地震是促使斜坡失稳,诱发滑坡、崩塌、泥石流等次生地质灾害的一个主要因素。2008年发生的5.12汶川大地震诱发了数以万计的崩塌、滑坡地质灾害,山河改色,给灾区造成了巨大的破坏和损失。对强震作用下斜坡的变形破坏机理以及斜坡动动力响应规律进行研究具有重要的理论与现实意义。以“5.12”汶川地震背景、震区基本地质环境为基础,本文对均质岩质斜坡进行了大型振动台模型试验研究,详细介绍了实验装置,给出了模型体系相似比的设计基本原则,并对整个模型体系进行了相似设计,对模型材料和模型结构的制备方法和模型材料的物理特性进行了介绍,同时,根据实验目的和条件对传感器的选择及其布置方案进行了分析。根据“5.12”汶川地震震区环境,对台面输入地震动的选取及其加载方法进行了具体的阐述,形成了一套完整的试验方法。总结分析了试验过程中模型变形破坏现象、对不同工况下不同岩性斜坡体不同地貌单元处得加速度数据进行了详细的分析,系统地研究了斜坡的地质条件和地震动荷载条件等因素对斜坡变形破坏以及斜坡动力响应规律的影响,总结归纳了强震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程,分析研究斜坡的动力响应特性及规律,为汶川地震中出现的众多大型滑坡崩塌提供合理的解释,为斜坡的动力稳定性分析和结构抗震设计提供科学的依据。通过对试验结果的变形破坏现象以及监测数据进行分析,结合震区斜坡变形破坏现象的调查得出了岩质斜坡动力响应规律,主要取得了一下几个方面的成果。(1)斜坡的变形破坏特征及成因机制方面,地震作用下斜坡的变形破坏主要发生在斜坡的中上部,软岩斜坡的变形破坏较硬岩斜坡更为剧烈,硬岩地层中坡体通常发生的是崩塌类型的灾害,而软岩斜坡破坏通常以滑坡居多。单一竖向地震波、单一水平向地震波的作用、复合向地震波对斜坡的破坏性依次增大,水平向地震力是斜坡破坏的主要因素;随着作用在斜坡模型上的地震波振幅的增大,斜坡变形破坏程度加剧;当作用于斜坡上地震波的频率接近斜坡岩体固有频率时,斜坡破坏更加强烈;作用在斜坡上地震波时间的越长,斜坡变形破坏更加严重。地震作用下岩质斜坡变形破坏的主要模式是:拉裂倾倒—剪切滑移。(2)在斜坡动力响应规律方面,对比分析了不同地震工况下监测的加速度数据,探讨斜坡体自身地质条件以及作用下斜坡体上地震波地震动参数对岩质斜坡加速度动力响应的影响规律。综合考虑各种影响因素对地震动动力响应的影响,分析得出了斜坡高程放大效应、不同岩性斜坡动力响应规律、斜坡坡内坡外动力响应规律、不同振幅参数、不同频率参数,不同地震波方向作用下斜坡动力响应规律。研究发现:地震作用下,软岩、硬岩斜坡的加速度放大作用呈交替状增长变化,在斜坡上部,软岩斜坡的单向地震波激振方向响应加速度、复合向地震波斜坡竖直向响应加速度大于硬岩斜坡,在斜坡下部,这种规律刚好相反。斜坡的下部斜坡坡表对地震波的加速度反应幅值较之斜坡内部存在水平向的放大现象。在一定的高程范围内斜坡加速度响应峰值随高程增长而增长,到达一定高程后斜坡加速度不再增大而是逐渐减小。地震波振幅对斜坡的动力响应有显著的影响,加速度响应峰值随振幅的变化规律是非线性的,地震波的振幅对斜坡的在高程方向上动力响应分布规律的影响不大。地震波频率对斜坡内加速度响应峰值的分布没有影响,斜坡对地震波放大的频率具有明显的选择性。一定高程范围内,天然波工况时复合ZX向、Z向、X向地震波作用下同一斜坡体上时同一测点的加速度响应峰值放大系数依次减小,且复合向地震波工况斜坡水平向动力响应强于竖直向。同时这些规律还受地震动参数、斜坡地质条件影响,不同地震动参数地震波作用下,不同斜坡不同地貌单元处的动力响应规律均呈现出不同的特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地震振动台模拟技术发展现状研究
• 1.2.2 强震作用下斜坡特征与变形破坏失稳机理研究
• 1.2.3 强震作用下斜坡动力响应规律研究
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 主要成果
• 1.5 研究思路及技术路线
• 1.5.1 研究思路
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 振动台模型试验方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 振动台试验目的
• 2.3 振动台模型试验装置
• 2.4 振动台模型试验相似关系
• 2.5 振动台模型试验相似材料的选择
• 2.6 测试仪器的选取及其依据
• 2.6.1 量测信息与传感器类型的选取
• 2.6.2 监测点布置原则及依据
• 2.7 振动台试验测点的布置
• 2.8 模型设计及制作详细操作步骤
• 2.9 仪器埋放
• 2.10 加载制度
• 2.11 试验数据采集
• 2.12 试验结果记录
• 2.13 小结
• 第三章 强震作用下岩质斜坡变形破坏特征及形成机理
• 3.1 引言
• 3.2 斜坡变形破坏试验结果
• 3.3 斜坡变形破坏影响因素分析
• 3.3.1 地质条件的影响
• 3.3.2 地震动参数的影响
• 3.4 斜坡变形破坏成因机制分析
• 3.5 小结
• 第四章 强震作用下斜坡加速度动力响应规律研究
• 4.1 引言
• 4.2 不同地质条件下加速度动力响应规律
• 4.2.1 斜坡岩性对加速度动力响应的影响
• 4.2.2 斜坡地形地貌对加速度动力响应的影响
• 4.2.3 斜坡高程对加速度动力响应的影响
• 4.3 不同地震动参数地震波作用下加速度动力响应规律
• 4.3.1 振幅对加速度动力响应的影响
• 4.3.2 频率对加速度动力响应的影响
• 4.3.3 方向对加速度动力响应的影响
• 4.4 小结
• 结论
• 一、研究结论
• 二、研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果