汶川地震背后山滑坡穩(wěn)定性與動(dòng)力響應(yīng)分析.pdf

1、2008年5月12日，四川省汶川發(fā)生了8.0級(jí)特大地震，這是新中國(guó)成立以來破壞性最強(qiáng)、波及范圍最廣、誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的一次強(qiáng)烈地震。此次地震震撼了整個(gè)中國(guó)，引起了全世界的關(guān)注。在距離震中約250公里，坐落于背后山古滑坡體前緣堆積體之上的漢源老縣城，出現(xiàn)了比周邊地區(qū)高出兩度的烈度異?，F(xiàn)象。如此高的烈度異?，F(xiàn)象引起了廣大科研人員和政府相關(guān)部門的高度關(guān)注。為了科學(xué)合理地解釋漢源老縣城高烈度異常的原因是否與背后山滑坡有關(guān)，并進(jìn)一步探討地震作用

2、下邊坡的穩(wěn)定性及動(dòng)力響應(yīng)等問題，本文對(duì)背后山滑坡開展了與地震相關(guān)的一系列研究。本文的研究對(duì)推動(dòng)這一領(lǐng)域的研究工作具有重要的理論和工程意義。
　　本文系統(tǒng)地歸納、總結(jié)和評(píng)述了邊坡穩(wěn)定性的研究進(jìn)展，對(duì)背后山滑坡的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查，整理和分析了汶川特大地震背后山滑坡科學(xué)考察的全部資料。在此基礎(chǔ)上，通過有限元數(shù)值模擬，對(duì)背后山滑坡的共振特性，靜、動(dòng)力穩(wěn)定性以及動(dòng)力響應(yīng)等進(jìn)行了計(jì)算和分析研究，得到了若干有意義的結(jié)論，主要研究成果

3、如下：
　?。?）對(duì)漢源縣的震害及背后山古滑坡進(jìn)行了科學(xué)考察。在汶川特大地震發(fā)生后，防災(zāi)科技學(xué)院科考組在中國(guó)地震局的統(tǒng)一指揮下，負(fù)責(zé)漢源和北川的科考工作，對(duì)漢源縣城背后山滑坡進(jìn)行了野外調(diào)查，獲得了地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等詳細(xì)的資料，揭示了背后山有古滑坡存在，圈定了古滑坡的邊界范圍，明確了古滑坡的活動(dòng)期次、特征及現(xiàn)今穩(wěn)定性狀況。調(diào)查分析結(jié)果顯示，漢源老縣城位于背后山古滑坡體的前緣，但并未發(fā)現(xiàn)古滑坡整體復(fù)活的跡象，只有在坡體后部

4、出現(xiàn)了幾條張性裂縫。
　?。?）建立了背后山滑坡的地質(zhì)模型、力學(xué)模型和有限元計(jì)算模型。選取典型的地質(zhì)剖面，建立滑坡的地質(zhì)模型、力學(xué)模型、計(jì)算模型，并制定了計(jì)算方案。提出四種安全系數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)背后山滑坡的靜力穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算和分析，得到靜力安全系數(shù)為4.09。結(jié)果表明，在靜力條件下，背后山滑坡是穩(wěn)定的，同時(shí)為滑坡的地震穩(wěn)定性分析提供了初始的靜應(yīng)力場(chǎng)。
　?。?）分析了背后山滑坡的共振特性。分別通過ANSYS有限元模態(tài)分析和

5、諧響應(yīng)分析，得到了邊坡體固有頻率和振型，以及位移與頻率的關(guān)系（共振曲線）。對(duì)比分析漢源縣附近強(qiáng)震臺(tái)站記錄到的地震動(dòng)卓越周期，我們發(fā)現(xiàn)，滑坡的固有周期與其基本相近?，F(xiàn)場(chǎng)考察發(fā)現(xiàn)漢源老縣城坐落于背后山滑坡體前緣之上，由此分析認(rèn)為，可能是由于滑坡體發(fā)生共振而導(dǎo)致了汶川地震時(shí)漢源老縣城的高烈度異常。
　?。?）計(jì)算和分析了背后山滑坡的地震穩(wěn)定性。分別用擬靜力法和有限元?jiǎng)恿r(shí)程分析法計(jì)算了地震作用下滑坡的安全系數(shù)，重點(diǎn)是運(yùn)用后一種方法進(jìn)行計(jì)

6、算、分析和評(píng)價(jià)。通過有限元?jiǎng)恿r(shí)程分析，得到滑坡在地震作用下的安全系數(shù)時(shí)程曲線，通過分析給出了滑坡最小動(dòng)力安全系數(shù)值為1.1，由此判斷，滑坡整體是穩(wěn)定的。對(duì)于邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，本文提出可以根據(jù)安全系數(shù)最小值是否大于1，邊坡關(guān)鍵點(diǎn)速度時(shí)程末段是否趨于零，以及在地震動(dòng)時(shí)程末段位移、應(yīng)力矢量場(chǎng)大小幾個(gè)方面來判斷滑坡的穩(wěn)定性。在判斷滑坡整體穩(wěn)定的情況下，針對(duì)坡肩、坡腳等關(guān)鍵部位，提出從受力情況和振動(dòng)速度兩方面對(duì)其進(jìn)行局部穩(wěn)定性的分析和判斷，并計(jì)算

7、了關(guān)鍵點(diǎn)處的安全系數(shù)。計(jì)算和分析的結(jié)果表明，汶川地震中漢源縣高烈度異?，F(xiàn)象與滑坡滑動(dòng)無關(guān)，但在坡肩附近以及坡體上部小范圍內(nèi)有輕度的拉張開裂，這與實(shí)際調(diào)查現(xiàn)象基本符合。
　?。?）分析和討論了背后山滑坡的動(dòng)力響應(yīng)，以及地震動(dòng)三要素對(duì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)的影響。具體計(jì)算分析中，本文在坡面上、滑體內(nèi)、滑面上、坡體內(nèi)設(shè)置了32個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和分析。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在坡面附近，動(dòng)力響應(yīng)加速度峰值相較于輸入地震動(dòng)加速度峰值達(dá)到3倍以上，即PGA放大系

8、數(shù)達(dá)到3以上。并且，邊坡體各點(diǎn) PGA放大系數(shù)在豎向上隨高程增加而增大；沿坡體坡面方向從左至右，PGA放大系數(shù)逐漸增大后緩慢減小。坡體水平位移在豎向上隨高程增加而增大；沿坡體坡面方向從左至右，位移逐漸減小。坡面陡坎對(duì)加速度、位移響應(yīng)的突變效應(yīng)很明顯。分析地震動(dòng)的三要素對(duì)坡體動(dòng)力響應(yīng)的影響可以看出，加速度、位移動(dòng)力響應(yīng)的絕對(duì)量隨輸入地震波振幅增大呈明顯的線性增長(zhǎng)關(guān)系，但位移、加速度放大系數(shù)保持不變，它們不受振幅的影響，只取決于巖土體材料以

9、及頻譜特性。隨著輸入地震波頻率的增大，坡面上各點(diǎn)的PGA放大系數(shù)減小，位移峰值隨輸入地震波頻率的增大而減小。持時(shí)對(duì)坡體加速度峰值響應(yīng)的影響不明顯。
　　綜上所述，本文在背后山古滑坡工程地質(zhì)條件調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立了地質(zhì)模型、力學(xué)模型和計(jì)算模型。采用有限單元法對(duì)背后山滑坡進(jìn)行靜、動(dòng)力穩(wěn)定性分析、共振特性分析、動(dòng)力響應(yīng)分析等方面的研究是可行并且有效的。本文研究結(jié)果表明，背后山滑坡在汶川特大地震中并沒有發(fā)生整體滑動(dòng)，只是在坡肩附近小范圍內(nèi)