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汶川5.12地震诱发大光包巨型滑坡形成机理与运动特征研究

作　者: 李世贵
导　师: 黄润秋；裴向军
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 地震诱发巨型滑坡地震动力响应形成机理运动特征
分类号: P642.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 118次
引　用: 3次
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内容摘要

2008年5月28日14时28分,四川汶川发生Ms8.0级地震,由于震级高,持续时间长,释放能量大,震区地质环境脆弱,地震诱发了大量崩塌、滑坡等次生地质灾害,其中四川安县大光包滑坡是规模最大,初步估算滑坡体积在7.42亿m3左右,成因机理最为复杂的地质灾害体。通过现场详细地质调查测绘及定性分析,运用三维离散元软件,对坡体动力作用进行全过程数值模拟再现,得到如下基本结论及认识:(1)大光包巨型滑坡是在地震过程中,一次性整体溃裂滑动破坏后高速运动产生,不存在次级或多级大规模滑塌破坏迹象;(2)大光包滑坡具有多项典型独特地质现象,主要有①主滑体运动1.6km后任未完全解体;②未完全解体滑体前端逆冲推覆变形,形成鼓丘及岩层反翘,产生强烈挤压剪切缝及长大拉张裂缝;③门槛石沟南侧坡面一定高度范围内的植被及浅层土层“不翼而飞”,变形破坏原因独特;④滑坡北侧断壁背坡发育多条长大拉张裂缝,多处见深宽拉陷槽,后壁背坡却完好无损。(3)滑坡动力形成机制及运动特征具有以下特点和阶段:①坡体震裂松弛,产生微张裂缝并不断向深部扩展;②后缘破裂面和滑面及北侧破裂边界贯通,滑床底部岩体在上覆厚重山体及地震竖向应力的反复拉压作用下被碾碎,由于摩擦产生的高温作用,已变成近似炭状颗粒;③坡体由静摩擦向动摩擦状态转变,处于不断被加速启动过程;当坡体被加速超过滑动临界值,发生整体溃屈式滑动破坏,滑体进入高速运动阶段;④滑体高速冲过黄洞子沟过程中,发生“气垫效应”;⑤高速运动滑体的前端与迎面山体强烈冲撞,岩体溃喷式解体形成碎屑流,整体刚性骤然降低,主滑体中段及后段岩体产生逆冲推覆变形,缓冲减速,顺利实现“软着陆”,保持整体完整。(4)数值模拟分析结果表明:①滑坡形成及运动特征与定性分析及现场实际地质现象基本吻合;②各监测点位移动力响应及速度和加速度动力响应时程曲线形态特征及变化趋势具有整体一致性特点,这一点可以证明滑坡是一次性发生的;③坡体高高程及特殊地形位置地震动力响应强烈,尤其是条形单薄山脊端部较为明显;④地形起伏大及高程较高的位置加速度放大系数明显增大,沟谷放大不明显。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章前言  11-24
  1.1 选题依据及研究意义  11-12
    1.1.1 课题背景  11
    1.1.2 选题依据  11-12
    1.1.3 研究意义  12
  1.2 滑坡研究现状  12-20
    1.2.1 滑坡调查研究方法  12-13
    1.2.2 坡体地震动力响应研究现状  13-14
    1.2.3 高速规模性滑坡的动力全过程研究  14-16
    1.2.4 滑坡失稳破坏地质力学模式研究现状  16-18
    1.2.5 滑坡变形破坏机理分析研究现状  18-20
  1.3 研究内容及技术路线  20-24
    1.3.1 课题研究概况  20-21
    1.3.2 研究内容  21-22
    1.3.3 技术路线  22-24
第二章研究区自然地理及地质环境条件  24-35
  2.1 自然地理概况  24-25
    2.1.1 地理位置  24-25
    2.1.2 水文及气象特征  25
  2.2 地形地貌特征  25-26
    2.2.1 区域地形条件  25
    2.2.2 滑坡区地貌特征  25-26
  2.3 地层及岩性特征  26-31
  2.4 地质构造特征  31-33
  2.5 地震条件  33
  2.6 研究区水文地质条件  33-35
第三章大光包滑坡基本特征  35-64
  3.1 滑坡基本概况  35-37
  3.2 滑坡发震构造背景  37-39
  3.3 典型独特地质现象及分析  39-50
    3.3.1 主滑体高速远距离运动后任未完全解体  40-41
    3.3.2 滑床背坡沟谷碎屑流成因独特  41-42
    3.3.3 北侧断壁背坡变形程度严重而后壁背坡完好无损  42-45
    3.3.4 存在长大连续破裂边界  45-50
  3.4 坡体结构特征  50-57
    3.4.1 岩体结构特征  50-52
    3.4.2 力学试验研究  52-57
  3.5 滑床擦痕特征  57-58
  3.6 堆积体特征  58-63
    3.6.1 堆积体形态特征  58-59
    3.6.2 堆积体分区及物质组成  59-63
  3.7 滑坡分区  63-64
第四章滑坡形成机制及运动特征分析  64-74
  4.1 地震波的传播及能量释放规律  64-66
  4.2 地震滑坡动力响应  66-67
  4.3 滑坡形成机制及运动特征分析  67-70
    4.3.1 滑坡后壁及北侧断壁形成机理分析  67-68
    4.3.2 主滑面变形破裂机理分析  68-69
    4.3.3 滑坡启动加速过程分析  69
    4.3.4 滑坡启程高速原理分析  69
    4.3.5 滑体高速运动撞击解体过程分析  69-70
  4.4 滑体变形破坏演化过程及地质力学作用机制  70-74
第五章动力作用变形破坏全过程数值模拟  74-109
  5.1 离散元法的基本原理及方程  74-75
    5.1.1 基本原理  74
    5.1.2 基本方程  74-75
  5.2 3DEC 软件基本特点及建模方法  75-77
    5.2.1 软件基本特点及优势  75-76
    5.2.2 建模方法及模型实现  76-77
  5.3 建模的基本思路  77-79
    5.3.1 ANSYS 模型建立  77-78
    5.3.2 ANSYS 模型导入3DEC 软件  78-79
  5.4 建模控制点的确定及模型特点  79-81
  5.5 边界条件设定  81-82
  5.6 物理力学参数选取  82-83
  5.7 地震动力荷载的加入方法  83-87
  5.8 数值模拟结果分析  87-109
    5.8.1 变形破坏运动特征及阶段划分  88-99
    5.8.2 坡体位移动力响应特征  99-103
    5.8.3 坡体速度动力响应特征及分析  103-106
    5.8.4 坡体加速度动力响应规律  106-109
结论及认识  109-113
致谢  113-115
参考文献  115-118
攻读学位期间取得学术成果  118

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