【摘要】：地震在山岳地區(qū)常誘發(fā)斜坡次生地質(zhì)災害，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)濟損失甚至超過因地震直接導致的損失。國內(nèi)外歷次地震震后調(diào)查和零星監(jiān)測資料均顯示，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、速度和位移響應往往達到很高的數(shù)值，具有地形放大現(xiàn)象。在我國，2008年汶川地震更是全面地揭示了地震誘發(fā)斜坡災害的發(fā)育分布與地形、地質(zhì)和震源參數(shù)之間同時存在關系�？梢哉f，國內(nèi)外學者在這些現(xiàn)象上早已達成共識，由此也衍生出了專門針對這些現(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分布規(guī)律的一門研究，即斜坡地震動力響應規(guī)律研究。然而，苦于長期缺乏以斜坡為對象的地震現(xiàn)場監(jiān)測資料，而數(shù)值計算結果又與監(jiān)測結果存在偏差，目前仍然不能就斜坡動力響應規(guī)律得出定量結論。在斜坡的抗震穩(wěn)定性計算中，也尚未提出符合實際的沿高程分布的動力響應放大規(guī)律，而是一直沿用將地震力過于簡化處理的擬靜力法�；谶@種背景，恰逢汶川地震過后，在有一部分學者致力于斜坡地震動力響應規(guī)律的現(xiàn)場監(jiān)測研究的同時，筆者參與了對斜坡地震動力響應規(guī)律的室內(nèi)物理模擬試驗研究。本論文即是對試驗結果的分析和研究總結。 本研究借助大型地震模擬振動臺試驗，以汶川地震震區(qū)斜坡發(fā)育的典型巖性和巖體結構類型為重點模擬內(nèi)容，先后開展了針對10個具有不同特征模型斜坡動力響應規(guī)律的試驗研究。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，按照巖體結構類型可分為均質(zhì)斜坡、含層狀結構斜坡和含軟弱夾層斜坡。在試驗準備階段，從最開始的相似關系設計和相似材料選取，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)斜坡振動臺試驗的過程設計思路。 本試驗研究的重點在于，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過程中的地形、地質(zhì)和震源參數(shù)作用效應，并形成對斜坡地震動力響應的規(guī)律性認識。其中又以地形效應分析為主。主要工作與成果如下： （1）地形效應研究，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特征，并對每一分量，又比較在坡表和坡內(nèi)響應的差異。研究結果揭示了水平分量和豎直分量加速度響應的非線性高程放大效應。除此之外，基于10個模型斜坡在不同激振強度下的加速度放大系數(shù)統(tǒng)計結果，表明兩分量的放大系數(shù)集中分布于3.5的數(shù)值范圍，相應的Arias強度放大系數(shù)則集中分布于10.0的范圍。兩分量響應的最大區(qū)別在于，當相對高程h/H≤0.5時，水平分量加速度放大系數(shù)和Arias強度放大系數(shù)的高程效應都不明顯，其值分別保持在2.0和5.0以內(nèi)。坡表和坡內(nèi)響應的比值統(tǒng)計結果則表明，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強度比值則集中分布在0.5~2.0的范圍內(nèi)。結合高程效應的頻率域分析，初步揭示了水平分量和豎直分量加速度的高程放大效應均與坡體對地震波高頻段的選擇性放大有關。 （2）地質(zhì)效應研究。這部分內(nèi)容實為在（1）揭示了水平分量和豎直分量響應總體規(guī)律的基礎上，再具體分析巖性及巖體結構差異對兩分量響應的影響。結果表明，在h/H0.5對應的坡體下段，層面結構效應起到主導作用，因模型斜坡結構差異（均質(zhì)結構與含水平層狀結構）導致的最大PHA比值和PVA比值分別達到1.2和2.2。在坡體的上段，則逐漸轉為巖性效應起主導作用，因模型巖性差異（軟巖和硬巖）導致的坡頂最大PHA比值和PVA比值分別達到2.5和2.1。 當模型斜坡含有軟弱夾層時，在坡體中上段（0.75≤h/H≤1.0）和坡底，夾層厚度對兩分量的響應起到了控制作用，即因厚度差異（3cm和15cm）導致的最大PHA比值在這兩個坡段分別達到了1.7和2.6，最大PVA比值分別達到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比值分別達到了1.8和1.5。 （3）震源效應研究。重點研究了激振強度對模型斜坡水平分量和豎直分量響應的影響。伴隨著激振強度增加，模型斜坡結構出現(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、高三個等級，，激振強度的影響也因此表現(xiàn)出了截然不同的特征。盡管如此，從水平分量動力響應強度隨激振強度的變化規(guī)律曲線中，大致可將模型斜坡的動力響應過程劃分為三個階段：響應孕育階段，對應加速度激振幅值和Arias強度上限值分別為0.3g和0.15m/s；響應觸發(fā)階段，對應加速度激振幅值和Arias強度范圍分別為（0.3g，0.6g）和（0.15m/s，1.5m/s）；在此之后，為響應突變或穩(wěn)定階段。 以上研究結論適用于巖質(zhì)斜坡，應用到土質(zhì)斜坡尚待進一步考證。由于振動臺試驗條件限制，模型所能模擬的原型斜坡高度有限，屬低邊坡響應（H0.2λ）[159]。盡管如此，本試驗成果以期能為巖質(zhì)斜坡的地震動力問題研究及工程應用提供一定的參考。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 中國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。尤其是自新近紀以來，在印度板塊不斷向北移動的推動下，導致青藏高原的形成并逐漸隆升，
文內(nèi)圖片：
圖片說明： [62]提出了地形放大效應、場地放大效應和表觀放大效應的概念（圖1-2）及其相應的計算方法，如下：地形放大：tffcffcA (aa)amax 場地放大：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等人在時間域上分別計算出了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。對水平向加速度，地震波斜入射時的地形放大和表觀放大總是要比垂直入射時的大，且這種現(xiàn)象隨著入射角增大而更顯著。地震波斜入射時的場地放大則總是小于垂直入射時的放大，且放大量隨著入射角增大而減小。由此表明，對水平向加速度響應，地形影響的相對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、場地放大和地形放大的量值依次降低。由于波的散射
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU435


本文編號：2512975