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汶川县飞沙关震裂斜坡变形演化过程数值模拟分析

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摘要

第1章 引言

1.1 选题依据及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 重力场作用下岩质斜坡变形破坏机理研究现状

1.2.2 顺层边坡破坏类型及机理

1.2.3 震裂斜坡变形破坏机理研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究思路与技术路线

第2章 研究区工程地质条件

2.1 自然地理条件

2.1.1 地理位置及交通

2.1.2 气象与水文

2.2 地形地貌

2.3 地层岩性

2.4 地质构造

2.5 新构造运动和地震

2.6 水文地质条件

第3章 飞沙关震裂斜坡基本特征及形成机制分析

3.1 飞沙关震裂斜坡的基本特征

3.1.1 基本形态与规模

3.1.2 边界特征

3.1.3 滑坡物质组成特征

3.1.4 岩体结构特征

3.1.5 斜坡岩体物理力学参数

3.1.6 滑动破坏特征

3.2 飞沙关滑坡变形破坏模式及机理

第4章 震裂斜坡抗剪强度损伤极限平衡反分析

4.1 定性分析

4.2 定量分析

4.2.1 岩质斜坡稳定性计算方法

4.2.2 斜坡稳定性反分析

4.3 小结

第5章 飞沙关震裂斜坡变形演化过程数值模拟分析

5.1 模型概化及建立

5.2 物理力学参数选取

5.3 计算结果分析

5.3.1 开挖公路后天然状态计算结果

5.3.2 开挖公路后暴雨状态计算结果

5.3.3 地震工况下斜坡应力应变特征分析

5.3.4 震后暴雨工况下斜坡应力应变特征分析

5.4 小结

第6章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

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摘要

汶川“5.12”地震诱发了一类分布范围广、潜在威胁及规模大的震裂斜坡,其中一部分震裂斜坡离震中较近或岩体完整性较差,地震过程中滑移面未完全贯通,存在一定的“锁固段”,呈现出滞后于主震的滑坡;另一类震裂斜坡则由于离震中较远或岩体完整性较好,往往在震后一段时间甚至数年后才在连续强降雨作用下整体失稳,形成滑坡,给震裂斜坡的预测和防治带来严重困难。本文以汶川县飞沙关震裂斜坡为例,对震裂斜坡震后滑动作深入研究。
  飞沙关滑坡位于汶川县棉虒镇,G213国道飞沙关1#桥对面,斜坡在地震过程中并未失稳下滑,而是在震后暴雨作用下失稳,方量约3.72×104m3。本文首先对飞沙关滑坡进行现场调查,分析滑坡区工程地质条件、岩体结构特征、滑坡边界条件、物质组成等一系列基本特征;并取样进行岩体物理力学试验,得出岩土体物理力学参数,通过分析滑坡形成演化过程,提出其形成机理及破坏模式。然后运用三维有限差分法(FLAC3D)对滑坡形成演化的全过程进行详细论述,最后采用极限平衡分析的方法分析力学参数对斜坡稳定性的影响。通过以上研究,得出主要结论如下:
  (1)飞沙关震裂斜坡在开挖公路的状态下是稳定的,地震是其稳定性的主要影响因素,震后暴雨作用是斜坡失稳破坏的直接诱发因素。
  (2)滑坡区岩性为志留系茂县群第二组(Smx2)灰、绿色绢云千枚岩、绢云石英干枚岩,岩层面产状约260°~262°∠10°~15°,主要发育两组节理,其产状分别为L1:320°~325°∠80°~83°,L2:41°~45°∠61°~66°,其中L1、L2节理与层面的组合交线对斜坡的稳定性有不利影响。
  (3)试验结果显示,滑坡区岩体物理力学参数平均值为:岩石容重为26.03kN/m3,抗剪强度为C=3.66MPa,ψ=74.74°,抗压强度为31.64MPa,弹性模量为2.202×104MPa,泊松比为0.27;结构面抗剪强度参数C=48.24kPa,ψ=44.35°。
  (4)滑坡的破坏过程经历了前缘公路开挖、地震和震后暴雨三个阶段,其破坏模式为拉剪/楔劈-推移式。
  (5)数值模拟分析与实际情况符合:斜坡在地震过程中产生大面积塑性破坏区,但滑移面未完全贯通,斜坡中部形成“锁固段”,“锁固段”强度支撑斜坡在震后一段时间内仍为整体下滑,震后暴雨作用下斜坡主要发生竖向和水平的位移。
  (6)结构面抗剪强度对斜坡稳定性的影响程度不同,在地震工况下和震后暴雨工况下内摩擦角对斜坡稳定性的影响均大于内聚力对斜坡稳定性的影响。
  (7)地震导致斜坡力学参数衰减,结构面参数C变为原来的67.37%,衰减32.63%;结构面参数ψ变为原来的55.47%,衰减44.53%。

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