地震作用下楔体滑坡的稳定性分析

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1、地震作用下楔体滑坡的稳定性分析1绪论1.1选题依据和研究意义由于地壳内部能量的急剧释放而引起的地球表面强震动称之为地震。地震发生时，由于地震波的传播，地表会产生不规律的上下震动和左右晃动，最终引起地形变化。诱发地震产生的原因众多，最为常见的是断层地震，又叫构造地震，它占了全球地震的90％以上。断层地震是指当地壳岩层受到挤压而产生大变形，变形超过一定限度时能量突然释放而引发地震。断层地震的发生是地质构造运动的结果。除此之外，矿山开采、地下核试验等人类活动也可能诱发地震的发生。长久以来，地震之所以严重危及着人类的生命和财产安

2、全，主要是因为地震的发生往往伴随着一系列次生灾害，例如建筑物倒塌，有害气体泄露污染、挡水坝坍塌等等，这些都属于人类灾难。进入21世纪以来，地球板块活动愈加频繁，由地震产生的次生灾难愈发严重的危及着人类的生命和财产安全：2004年印度洋大地震是历史上规模第三大的地震，震级在9.19.3级之间，这场地震还导致了海啸，总计共有22.9万人在该地震中丧生；2005年克什米尔大地震，强度为7.8级，有超过7.5万人丧生[1]；2010年2月智利大地震，在短短三十天内接连发生七次7级以上地震，其中最高震级达8.8级，地震和由地震引起

3、的海啸夺取了500余人的生命地震给人类带来的灾难是惨痛的。图1.1为20世纪以来全球7级以上地震分布图。不难发现，世界上7级以上的大地震多发生在六大板块彼此作用的交界位置。进一步观察发现，这些地震集中分布在两大地震带上环太平洋地震带和亚欧地震带。前者地震多发次数占总数的近80%，后者占近15%。我国地处亚洲东部、太平洋西岸，恰好位于上述两个多发地震带之间，特殊的地理位置决定了我国地震多发的现状。.1.2国内外的研究现状进入21世纪以来，随着板块运动的日益频繁以及人类对自然环境的掠夺式破坏，我国西部地区大型滑坡呈逐年增加的

4、趋势，尤以四川、重庆、云南等省市最为严重。然而，我国对于地震滑坡稳定性的研究还并不深入，究其原因，主要有以下几个方面：1）岩体本身的复杂特性决定了其在不同的自然环境、载荷情况、排水状况下，本构模型是相当复杂的，会呈现出差别较大的本构特性；2）地震是一种随机振动，人类还难以较精确的把握其脉动规律。加之岩质边坡在经历长期复杂的内外动力作用后，其中可能发育着褶皱和节理等地质构造和软弱结构面。这种情况下，研究地震波在岩体中的传播规律以及确定岩体在地震作用下的稳定性就更为复杂；3）常规的理论分析和试验研究方法在研究地震边坡的抗滑稳

5、定性问题时多建立在众多基本假设的基础上，而且荷载效应和抗力也具有不确定性，难免造成研究结果的不精确。在我国，有关水利水电工程抗震设计相关的规范较少，现行的指导边坡设计的规范是《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）[4]。本规范对于自然边坡静力条件下抗滑稳定计算方法做出了详细说明，但是对于地震边坡的抗滑稳定却少有提及。下面将重点介绍国内外关于楔体滑坡稳定性的初步判别方法、定性和定量分析方法、边坡动力稳定性分析方法及试验研究现状。..2地震作用下边坡地震响应机理2.1结构面抗剪强度理论由软弱结构面切割而成的边坡

6、块体在地震作用下有可能发生失稳破坏，从一定程度上来说，失稳与否取决于结构面的抗剪强度。因此，在进行边坡稳定性验算时，能否正确合理的确定结构面的抗剪强度参数，直接关乎边坡安全系数的误差大小：结构面抗剪强度估计过高，计算安全系数偏大，边坡处理不当，地震作用下易发生失稳破坏；结构面抗剪强度估计过低，计算安全系数过小，边坡处理过度，则会导致浪费。因此，正确合理确定结构面抗剪强度参数，事关边坡工程安全性和经济型。这里所说的平直、无充填结构面是指结构面绝对平直，没有起伏或者凸起，它是理想条件下的结构面。室内直剪试验时，在垂直结构面的

7、位置施加一固定大小的法向力，当水平剪切力逐渐增大时，上下试件的剪切位移从线性增大过渡到非线性增大，直至达到峰值抗剪强度。随后剪应力骤减，剪切位移骤增，试件达到残余强度直至破坏。直剪试验时结构面剪切位移u和剪应力的关系，如图2.1所示。..2.2地震波在岩土体中的传播机制在岩体中传播的地震波是体波，它是地球内部信息传递的载体。根据波在传播过程中质点振动方向与传播方向相互平行或垂直，可以把体波分为纵波（P波）和横波（S波）。纵波在穿越岩土体时不断对其进行挤压，因此又称为压缩波；横波在穿越岩土体时则不断对其进行剪切，因此又称为

8、剪切波。当岩质斜坡正好位于震源位置时，由于波的传播距离短，可近似认为纵波和横波垂直入射坡体，并且同时到达。这种情况下，坡体中的竖向加速度和速度全部由纵波提供，水平向加速度和速度全部由横波提供。当岩质斜坡距离震源位置较远时，波的传播距离长，纵波的传播速度较横波快，这种情况要分别考虑纵横波的入射及耦合作用，如图所示。如前