發(fā)布時(shí)間：2019-07-11 07:16

【摘要】：地震在山岳地區(qū)常誘發(fā)斜坡次生地質(zhì)災(zāi)害，主要包括滑坡、泥石流、崩塌、落石等，由此造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失甚至超過(guò)因地震直接導(dǎo)致的損失。國(guó)內(nèi)外歷次地震震后調(diào)查和零星監(jiān)測(cè)資料均顯示，地震誘發(fā)的斜坡破壞多集中于凸出、孤立的山脊，這些部位的加速度、速度和位移響應(yīng)往往達(dá)到很高的數(shù)值，具有地形放大現(xiàn)象。在我國(guó)，2008年汶川地震更是全面地揭示了地震誘發(fā)斜坡災(zāi)害的發(fā)育分布與地形、地質(zhì)和震源參數(shù)之間同時(shí)存在關(guān)系�？梢哉f(shuō)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這些現(xiàn)象上早已達(dá)成共識(shí)，由此也衍生出了專門(mén)針對(duì)這些現(xiàn)象發(fā)生前，斜坡體內(nèi)加速度、速度和位移等物理量響應(yīng)分布規(guī)律的一門(mén)研究，即斜坡地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律研究。然而，苦于長(zhǎng)期缺乏以斜坡為對(duì)象的地震現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料，而數(shù)值計(jì)算結(jié)果又與監(jiān)測(cè)結(jié)果存在偏差，目前仍然不能就斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律得出定量結(jié)論。在斜坡的抗震穩(wěn)定性計(jì)算中，也尚未提出符合實(shí)際的沿高程分布的動(dòng)力響應(yīng)放大規(guī)律，而是一直沿用將地震力過(guò)于簡(jiǎn)化處理的擬靜力法�；谶@種背景，恰逢汶川地震過(guò)后，在有一部分學(xué)者致力于斜坡地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究的同時(shí)，筆者參與了對(duì)斜坡地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)研究。本論文即是對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析和研究總結(jié)。 本研究借助大型地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，以汶川地震震區(qū)斜坡發(fā)育的典型巖性和巖體結(jié)構(gòu)類型為重點(diǎn)模擬內(nèi)容，先后開(kāi)展了針對(duì)10個(gè)具有不同特征模型斜坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的試驗(yàn)研究。這些模型斜坡，按照巖性類型可分為軟巖斜坡、硬巖斜坡和軟硬巖組合型斜坡，按照巖體結(jié)構(gòu)類型可分為均質(zhì)斜坡、含層狀結(jié)構(gòu)斜坡和含軟弱夾層斜坡。在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，從最開(kāi)始的相似關(guān)系設(shè)計(jì)和相似材料選取，到傳感器的布置，再到輸入波的選取和制定加載方案等一系列工作中，建立了一套完整的適用于巖質(zhì)斜坡振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的過(guò)程設(shè)計(jì)思路。 本試驗(yàn)研究的重點(diǎn)在于，基于斜坡破壞前采集到的大量加速度和位移數(shù)據(jù)，揭示這兩參量在響應(yīng)過(guò)程中的地形、地質(zhì)和震源參數(shù)作用效應(yīng)，并形成對(duì)斜坡地震動(dòng)力響應(yīng)的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。其中又以地形效應(yīng)分析為主。主要工作與成果如下： （1）地形效應(yīng)研究，具體表現(xiàn)為模型斜坡水平分量和豎直分量加速度、位移在坡體不同高程處的響應(yīng)特征，并對(duì)每一分量，又比較在坡表和坡內(nèi)響應(yīng)的差異。研究結(jié)果揭示了水平分量和豎直分量加速度響應(yīng)的非線性高程放大效應(yīng)。除此之外，基于10個(gè)模型斜坡在不同激振強(qiáng)度下的加速度放大系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表明兩分量的放大系數(shù)集中分布于3.5的數(shù)值范圍，相應(yīng)的Arias強(qiáng)度放大系數(shù)則集中分布于10.0的范圍。兩分量響應(yīng)的最大區(qū)別在于，當(dāng)相對(duì)高程h/H≤0.5時(shí)，水平分量加速度放大系數(shù)和Arias強(qiáng)度放大系數(shù)的高程效應(yīng)都不明顯，其值分別保持在2.0和5.0以內(nèi)。坡表和坡內(nèi)響應(yīng)的比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果則表明，坡表與坡內(nèi)的PHA（水平分量加速度峰值）比值和Arias強(qiáng)度比值都集中分布在0.8~1.2的范圍內(nèi)，而坡表與坡內(nèi)的PVA（豎直分量加速度峰值）比值和Arias強(qiáng)度比值則集中分布在0.5~2.0的范圍內(nèi)。結(jié)合高程效應(yīng)的頻率域分析，初步揭示了水平分量和豎直分量加速度的高程放大效應(yīng)均與坡體對(duì)地震波高頻段的選擇性放大有關(guān)。 （2）地質(zhì)效應(yīng)研究。這部分內(nèi)容實(shí)為在（1）揭示了水平分量和豎直分量響應(yīng)總體規(guī)律的基礎(chǔ)上，再具體分析巖性及巖體結(jié)構(gòu)差異對(duì)兩分量響應(yīng)的影響。結(jié)果表明，在h/H0.5對(duì)應(yīng)的坡體下段，層面結(jié)構(gòu)效應(yīng)起到主導(dǎo)作用，因模型斜坡結(jié)構(gòu)差異（均質(zhì)結(jié)構(gòu)與含水平層狀結(jié)構(gòu)）導(dǎo)致的最大PHA比值和PVA比值分別達(dá)到1.2和2.2。在坡體的上段，則逐漸轉(zhuǎn)為巖性效應(yīng)起主導(dǎo)作用，因模型巖性差異（軟巖和硬巖）導(dǎo)致的坡頂最大PHA比值和PVA比值分別達(dá)到2.5和2.1。 當(dāng)模型斜坡含有軟弱夾層時(shí)，在坡體中上段（0.75≤h/H≤1.0）和坡底，夾層厚度對(duì)兩分量的響應(yīng)起到了控制作用，即因厚度差異（3cm和15cm）導(dǎo)致的最大PHA比值在這兩個(gè)坡段分別達(dá)到了1.7和2.6，最大PVA比值分別達(dá)到1.3和3.1。在坡體中下段（0.25≤h/H≤0.5），夾層傾角其到了控制作用，即因角度差異（0o和20o）引起的最大PHA比值和PVA比值分別達(dá)到了1.8和1.5。 （3）震源效應(yīng)研究。重點(diǎn)研究了激振強(qiáng)度對(duì)模型斜坡水平分量和豎直分量響應(yīng)的影響。伴隨著激振強(qiáng)度增加，模型斜坡結(jié)構(gòu)出現(xiàn)惡化，并依據(jù)共振頻率降低程度和宏觀變形破壞出現(xiàn)的早晚，分為低、中、高三個(gè)等級(jí)，，激振強(qiáng)度的影響也因此表現(xiàn)出了截然不同的特征。盡管如此，從水平分量動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)度隨激振強(qiáng)度的變化規(guī)律曲線中，大致可將模型斜坡的動(dòng)力響應(yīng)過(guò)程劃分為三個(gè)階段：響應(yīng)孕育階段，對(duì)應(yīng)加速度激振幅值和Arias強(qiáng)度上限值分別為0.3g和0.15m/s；響應(yīng)觸發(fā)階段，對(duì)應(yīng)加速度激振幅值和Arias強(qiáng)度范圍分別為（0.3g，0.6g）和（0.15m/s，1.5m/s）；在此之后，為響應(yīng)突變或穩(wěn)定階段。 以上研究結(jié)論適用于巖質(zhì)斜坡，應(yīng)用到土質(zhì)斜坡尚待進(jìn)一步考證。由于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)條件限制，模型所能模擬的原型斜坡高度有限，屬低邊坡響應(yīng)（H0.2λ）[159]。盡管如此，本試驗(yàn)成果以期能為巖質(zhì)斜坡的地震動(dòng)力問(wèn)題研究及工程應(yīng)用提供一定的參考。
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圖片說(shuō)明： 中國(guó)位于世界兩大地震帶（環(huán)太平洋地震帶和地中海-喜馬拉雅地震帶）之間，東邊有太平洋板塊和菲律賓板塊，西邊有印度板塊，不斷向歐亞板塊推擠，造成在這些板塊邊界處及大陸內(nèi)部斷裂帶分布縱多（圖1-1），地震頻繁。尤其是自新近紀(jì)以來(lái)，在印度板塊不斷向北移動(dòng)的推動(dòng)下，導(dǎo)致青藏高原的形成并逐漸隆升，
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圖片說(shuō)明： [62]提出了地形放大效應(yīng)、場(chǎng)地放大效應(yīng)和表觀放大效應(yīng)的概念（圖1-2）及其相應(yīng)的計(jì)算方法，如下：地形放大：tffcffcA (aa)amax 場(chǎng)地放大：sffcfftfftA ( a a)a表觀放大：afftfftA (aa)amax 圖1-2 斜坡不同位置上的加速度示意圖（摘自Ashford等[62]）基于陡峭斜坡模型，Ashford等人在時(shí)間域上分別計(jì)算出了SH波和SV波作用下，水平向和豎直向加速度的這三類放大量。對(duì)水平向加速度，地震波斜入射時(shí)的地形放大和表觀放大總是要比垂直入射時(shí)的大，且這種現(xiàn)象隨著入射角增大而更顯著。地震波斜入射時(shí)的場(chǎng)地放大則總是小于垂直入射時(shí)的放大，且放大量隨著入射角增大而減小。由此表明，對(duì)水平向加速度響應(yīng)，地形影響的相對(duì)重要性隨著入射角增大而增大。比較同一入射角條件下，表觀放大、場(chǎng)地放大和地形放大的量值依次降低。由于波的散射
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU435


本文編號(hào)：2512975