地震作用下松散堆积体崩塌规模研究与应用

论文摘要

由于地震触发的崩塌灾害分布广,又多以一次性快速滑动方式出现。因此,在震区已经成为一种不可忽视的次生灾害。正如地震灾害一样,人类不可能完全避免地震崩塌灾害,但可以采取积极的、有效的措施来减轻这种灾害。特别是近年来,随着我国城市化进程的加快、大型水利水电工程的兴建、经济发展战略向西部的转移,对地震崩塌灾害预测研究发展的要求更为迫切。松散堆积体边坡在地震作用下失稳模式主要体现为崩塌,而松散介质边坡崩塌规模是崩塌灾害的重要指标,也是崩塌灾害中有待研究的科学问题,但国内外对此的研究甚少。本文采用离心模型实验和数值模拟相结合的方法,研究了不同地震烈度作用下松散堆积体崩塌规模;以此为基础,在拟静力法思想框架下,以松散介质边坡为研究对象,根据力的平衡原理,推导出在不同地震烈度作用下临界状态失稳范围的简化公式。以边坡底板为模型,通过离心试验和PFC2D数值模拟(按重力相似准则,高度达20.4m),对此简化公式的正确性进行比较验证,得出该简化公式的适用范围。最后以国道318线川藏公路整治改建工程通麦至105道班段实际工点为例,对此研究方法的应用模式进行说明。主要工作及研究结论如下:(1)采用大型离心模型实验,研究了均匀颗粒堆积体和非均匀颗粒堆积体在地震作用下的崩塌。(2)运用离散单元法颗粒流程序PFC2D,通过大量内摩擦角φ与摩擦系数μ关系的数值模拟,完成了实测数据内摩擦角φ与PFC2D中摩擦系数μ的对应,达到了实际散粒体工点在PFC2D中能够进行模拟的目的,为下一步在PFC2D中进行地震作用下散粒体颗粒崩塌数值模拟提供必要条件。(3)通过对地震作用下松散堆积体崩塌在PFC2D中的数值模拟,研究松散堆积体边坡的崩塌现象及规律,并将模拟结果与离心模型实验结果比较。(4)在上述离心模型实验和数值模拟研究崩塌的基础上,建立了一种基于拟静力法原理的边坡松散堆积体在不同强度地震作用下崩塌方量估算的简化公式。根据该简化公式,完成了川藏公路通麦至105道班沿线各典型边坡工程在小、中、大震作用下崩塌体积的计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 本课题研究概况分析
• 1.2.1 松散体介质边坡研究现状
• 1.2.2 边坡稳定的分析方法研究
• 1.2.3 颗粒离散元法发展与应用
• 1.3 主要研究内容、思路及技术路线
• 第2章 地震作用下松散堆积体崩塌实验研究
• 2.1 土工离心模型实验意义
• 2.2 土工离心模型实验发展概况
• 2.3 土工离心模型实验原理
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 离心模型实验特点
• 2.3.3 离心模型实验误差分析
• 2.4 松散堆积体拟静力离心实验
• 2.4.1 拟静力法理论
• 2.4.2 实验方法
• 2.4.3 离心模型实验结果
• 2.4.4 离心模型实验结果分析
• 第3章 PFC2D对散粒体崩塌数值模拟
• 3.1 PFC2D的基本原理和方法
• 3.1.1 PFC2D的基本假设
• 3.1.2 单元接触力学模型
• 3.1.3 离散单元接触计算策略
• 3.1.4 PFC2D算循环过程
• 3.1.5 力-位移定律
• 3.1.6 运动定律
• 3.1.7 PFC2D模型颗粒参数的算法
• 3.1.8 颗粒流方法模拟步骤
• 3.2 松散内摩擦角的研究
• 3.2.1 散粒体内摩擦角的数值模拟
• 3.2.2 地震作用下散粒体颗粒崩塌数值模拟
• 3.2.3 数值模拟崩塌规模离心模型实验验证
• 3.3 离心模型实验与数值模拟结果比较后的结论
• 第4章 通麦至105道班边坡工点地震崩塌灾势评估
• 4.1 灾势规模评估理论公式推导原理
• 4.1.1 不同地震烈度与休止角变化关系
• 4.1.2 不同地震烈度与崩塌量大小关系
• 4.2 沿线各典型工点地震作用下崩塌规模
• 4.2.1 K4095+331-k4095+416滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.2 K4096+603-k4096+662滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.3 K4097+637～K4097+705滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.4 K4098+296～K4098+426滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.5 K4098+452～K4098+694.5滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.6 BK4109+446～BK4109+527滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.7 BK4103+041～BK4103+263滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.8 BK4103+263～BK4103+534滑坡地震作用下崩塌规模
• 4.2.9 K4092+195～K4092+370段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.10 K4093+700～K4093+885段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.11 K4094+170～K4094+257段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.12 K4094+550～K4094+750段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.13 K4096+885～K4096+990段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.14 K4097+235～K4097+435段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.15 K4097+450～K4097+578段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.16 K4101+958～K4102+221段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.17 K4105+240～K4105+343段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.2.18 K4106+347～K4106+430段边坡地震作用下的崩塌规模
• 4.3 离心机实验结果与理论公式计算结果比较
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果