22665.邊坡動力響應分析及應用研究

1、中國件學院博士學位論又摘要摘要從邊坡動力問題是一個涉及多學科交叉的難題，它不僅是一個重要的工程地質學(巖土工程學)問題，同時又涉及地震學、地球物理學、地震工程學、工程地震學等學科的內容，田于各學科乙間的隔閡，導致對于邊坡動力問題的研究還很不成熟。我國獨特的地理、地質條葉決定了邊坡動力問題在我國非常突出，因此邊坡動力響應的研究特別是巖質高邊坡的動力炯應研究不僅有很重要的理論意義，而且具有重要的實踐意義。本文通過閱讀大量的國內外文獻，系統(tǒng)總

2、結了邊坡動力問題研究所取得的進展，并對邊坡動力問題研究的方法進行了簡要評述。邊坡動力問題的研究必須建立在工程地質定It分析的基礎上。由于地質條件的復雜性和人們認識事物的局限性，工程地質定性評價在邊坡穩(wěn)定性評價中具有重要位置。特別對于地質條件復雜的巖質高邊坡工程地質定性評價更有其特殊價值。在邊坡動力穩(wěn)定性分析前期，根據邊坡的毛程地質條件，確定邊坡變形破壞的模式，判斷邊坡在動力作用下的主要失穩(wěn)機制。對邊坡的動力穩(wěn)定性分析作出初步判斷具有很重

3、要的意義。、本文在總結前人研究成果的基礎上，將地震作用下邊坡穩(wěn)定性的影響因素歸納為邊坡所處的地質背景、邊坡巖體結構類型、地層巖性組合、地形地貌條件以及水文地質條件五個方面，并進行了詳盡的分析。1從巖體結構控制的觀點出發(fā)，把邊坡的工程地質模型歸納為兩類。一類是有明顯控制性結構面的邊坡工程地質模型:一類是無明顯控制性結構面的邊坡工程地質模型。前者包括了水平層狀邊坡、順層邊坡、反傾邊坡，同時包括了滑坡，由基巖和厚的覆蓋層(風化殼)組成的邊坡:

4、后者則是主要包括均質土坡，無明顯控制性結構面的節(jié)理裂隙化的巖質邊坡，并對它們在地震作用下的破習、形式進行了探討。對邊坡的動力失穩(wěn)機制進行了討論，認為在強烈的地震作用下邊坡會產生兩種作用:(I)地震慣吐力的作用:c2地震產生的超靜孔隙水壓力迅速的增大和累積作用。二者的共同作用導致了邊坡的失穩(wěn)。對于不同的邊坡破壞類型，這兩種作用的作用強度也不同，對于塑性流動夫隱破壞是孔隙水壓力的累積作用起主導作用引起，崩塌型、層體彎折型則是地震慣性力起決定

5、作用，對于滑動型破壞則視情況而定。對于后發(fā)型邊坡失穩(wěn)，則是由于地震的累積效應導致邊坡巖體力學參數的降低，為后來的外地質營力創(chuàng)造了條件，最終導致了邊坡的失i.1破壞這些討論是邊坡動力穩(wěn)定性定量評價的基礎。簡要介紹了拉格朗日元法的原理。利用拉格朗日元法，通過大量的數值模擬，對邊坡動力響應的規(guī)律這一問題進行了深入研究，發(fā)現了邊坡動力響應的位移、速度、加速度在邊坡h9面上分布的一股規(guī)律:在邊坡高度較低的情形下，在鉛直方向上，位移、速度、加速度隨

6、著高程的增大呈線性增加趨勢:當邊坡高度較高時，在鉛直方向上，位移、速度、加速度隨著高程的增大不再呈線性增加，而是時而增大，時而減小，增大和減小相間，呈節(jié)律性變化，到達坡肩附近，則又重新放大，并呈現較強的線性規(guī)律，同時在距離邊坡面一定的范圍內，邊坡水平向的放大作用出現，隨著水平深度的進一步增加，位移、速度、加速度三量出現時而增人、時而減小的節(jié)律性變化。坡度的變化對位移、速度、加速度放大系數等值線圖的分布形式有明顯影響。在坡面一定范圍內，位

7、移、速度、加速度三量放大系數等值線的方向以及極值區(qū)的走向與邊坡坡面平r，超過這個范圍，等值線的方向與極值區(qū)的走向轉為水平，并呈等間距分布。但是，邊坡動力響應節(jié)律性變化出現與否與邊坡坡度無關。定義了邊坡動力響應的高邊坡效應和低邊坡效應，討論了動力高邊坡效應臨界高度魷11rc的影響囚素，發(fā)現動力高邊坡效應臨界高度從1與邊坡的動彈性模量E的平方根成止比，中國科學院博士學位論文摘要StudyonDynamicResponsesofSlopesa

8、ndItsApplicationShengwenQi(GeologicalEngineering)DirectedbyFaquanWu(ProfessorInstituteofGeologyandGeophysicsCAS)AbstractAsamarginalsubjectdynamicresponsesofslopesisnotonlyanimportantproblemofengineeringgeology(Geotechnic

9、alproblem)butalsoofothersubjectssuchasseismologygeophysicsseismicengineeringandengineeringseismicandsoon.Owningtothegulfbetweendiferentsubjectsitisarduoustostudydynamicresponsesofslopesandthestudyisfarfromripeness.Studyi

10、ngonthedynamicresponsesofslopesisveryimportantintheoriesaswellaspractices.Supportedbyhundredsofbibliographiesthispapersystemicallydetailsthedevelopmentprocessofthissubjectintroducesmainmeanstoanalyzethissubjectandthengiv

11、esbriefremarkstoeachmeansrespectively.Engineeringgeologyqualitativeanalysisisthebaseofslopesdynamicresponsesstudy.Becauseofcomplexityofgeologicalconditionsengineeringgeologyqualitativeanalysisisveryimportantinslopesstabi

12、litystudyespeciallytorockslopeswithcomplexengineeringgeologyconditions.Basedonresearchfruitsofforerunnersthispapersummarizesfactorsinfluencingslopesdynamicstabilityintofiveaspectsasgeologybackgroundstratumsrockmassstruct

13、ureandtopographyaswellashydrogeologycondition.Basedonrockmassstructurecontrollingtheoryengineeringgeologymodeloftheslopeisgroupedintotwotypicalclassesoneismodelwithobviouscontrollingdiscontinuitieswhichincludeshorizontal

14、beddedslopebeddingslopeantidipslopeslideaswellasslopewithbaserockandweatheredcrusttheotherismodelwithoutobviouscontrollingdiscontinuitieswhichincludeshomogeneoussoilslopejointrockmassslope.Studyonslopefailuremechanismund

15、erdynamicforcethepaperconcludesthattherearetwoeffectswillappearinslopeduringstrongearthquakeoneisearthquakeinertiaforcetheotherisultraporepressurebuildup.Thetwoefectsleadtofailureoftheslope.Todiferenttypesofslopefailuret

16、heintensityoftwoefectsactingontheslopeisdiferenttoo.Toplasticflowfailureporepressurebuildupisdominanttofallingrockfailureandtopplingfailureearthquakeinertiaforceisdominantingeneral.Thispaperbrieflyintroducestheprincipleo

17、fLagrangianelementmethod.ThroughalotofnumericalsimulationswithFLAC3Dthepapercomprehensivelystudiesdynamicresponsesofslopesandfindsthat:iftheslopeislowdisplacementvelocityandaccelerationarelinearenlargingwithelevationincr

18、easinginverticaldirectioniftheslopeishighenoughdisplacementvelocityandaccelerationarenotlinearwithelevationanymoreontheotherhandtheyfluctuatewithcertainrhythm.Atthesametimetherhythmappearsinthehorizontaldirectioninthecer

19、tainareanearsurfaceoftheslope.Thedistributionformofisolineofdisplacementvelocityandaccelerationinthesectionoftheslopeisremarkablyafectedbytheslopeangle.Inthecertainareaneartheslopesurfaceisolineofdisplaceme叭velocityandac