發(fā)布時(shí)間：2018-03-01 21:01

  本文關(guān)鍵詞： 地震 滑坡 分布規(guī)律 自組織臨界性 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn) 變異系數(shù) 高位滑坡 線路工程 驅(qū)動(dòng)機(jī)制 地震崩塌滑坡b值　出處：《西南交通大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：中國(guó)是一個(gè)多震、多山的發(fā)展中國(guó)家,因此中國(guó)也是地震觸發(fā)崩塌滑坡災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)。21世紀(jì)以來,在我國(guó)西部5場(chǎng)大地震所觸發(fā)的崩塌滑坡等次生山地災(zāi)害給人們的生命財(cái)產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施造成了毀滅性破壞。故對(duì)地震觸發(fā)崩塌滑坡的整體分布規(guī)律和減災(zāi)對(duì)策的研究,具有重要科學(xué)意義和明確應(yīng)用背景。鑒于自組織臨界理論(SOC)是使整體理論適用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的唯一模型或數(shù)學(xué)描述,因此本文選擇自組織臨界為理論框架并運(yùn)用衛(wèi)星遙感資料解譯、野外現(xiàn)場(chǎng)考察、振動(dòng)臺(tái)沙堆模型試驗(yàn)、快驅(qū)動(dòng)沙堆模型試驗(yàn)、變組構(gòu)特性沙堆模型試驗(yàn)、元胞自動(dòng)機(jī)數(shù)值模擬等手段,來研究地震作用下斜坡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的總體特征,主要工作和研究結(jié)論如下：(1).“5.12”汶川大地震和“4.20”蘆山地震均觸發(fā)了大量的崩塌、滑坡。實(shí)震資料顯示,不同地震烈度區(qū)地震觸發(fā)崩塌滑坡規(guī)模的整體分布規(guī)律會(huì)發(fā)生變化。這一統(tǒng)計(jì)層面的認(rèn)知亟待得到物理試驗(yàn)的驗(yàn)證。在自組織臨界狀態(tài)理論的概念框架下,開展了6組振動(dòng)臺(tái)沙堆模型試驗(yàn)。試驗(yàn)表明：輸入地震波峰值加速度(PGA)為0.075g-0.125g時(shí),落沙量與發(fā)生頻率的關(guān)系可用冪律描述；PGA增加到0.15g～0.25g時(shí),該關(guān)系服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布；PGA增加到0.35g-0.45g時(shí),該關(guān)系具有正態(tài)分布特征。首次通過振動(dòng)臺(tái)沙堆模型試驗(yàn)重現(xiàn)了從Ⅸ度到Ⅺ度烈度區(qū)地震觸發(fā)崩塌滑坡分布規(guī)律演變的現(xiàn)象。(2).針對(duì)隨擾動(dòng)強(qiáng)度增加,斜坡系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)演變的現(xiàn)象開展數(shù)理分析。數(shù)學(xué)分析表明,變異系數(shù)的減小,是這3種概型依次轉(zhuǎn)變的原因。根據(jù)試驗(yàn)觀察,隨擾動(dòng)遞增沙堆表面顆粒行為呈現(xiàn)不同響應(yīng)模式：微振動(dòng)時(shí)顆�；顒�(dòng)性消失的概率與活動(dòng)性分叉的概率在總體上平衡,當(dāng)顆粒間近鄰的相互作用導(dǎo)致連鎖反應(yīng)時(shí)才能發(fā)生大規(guī)模落沙事件,具有最大的不確定性；強(qiáng)振動(dòng)時(shí)大部分顆粒就能獨(dú)立啟動(dòng),大規(guī)模落沙成為必然事件。據(jù)此提出,落沙規(guī)模由自組織控制的顆粒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程,向外力控制的顆粒獨(dú)立下落過程的轉(zhuǎn)化是導(dǎo)致變異系數(shù)減小的物理機(jī)制。以上認(rèn)識(shí)為不同地震烈度區(qū)地震觸發(fā)崩塌滑坡規(guī)模整體分布規(guī)律演變的機(jī)理,提供了詮釋。(3).“5.12”汶川實(shí)震結(jié)果表明,大量的高位崩塌滑坡是造成線路工程震害的主要威脅。在地震作用下,判識(shí)能夠威脅到線路工程的高位崩塌滑坡對(duì)高烈度山區(qū)選線設(shè)計(jì)具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。為此,提出了地震觸發(fā)高位崩塌滑坡災(zāi)勢(shì)預(yù)測(cè)方法,該方法在GIS技術(shù)支持下,按照水文地質(zhì)條件劃分邊坡單元；基于邊坡單元建立威脅線路的高位邊坡判識(shí)模型,即高位邊坡須同時(shí)滿足能量和路徑兩種必要條件,才能保證其在失穩(wěn)后會(huì)威脅到線路工程；在此基礎(chǔ)上,結(jié)合綜合指標(biāo)法預(yù)測(cè)地震觸發(fā)的崩塌滑坡。得到了研究區(qū)域內(nèi)地震作用下威脅到線路工程的高位崩塌滑坡災(zāi)勢(shì)預(yù)測(cè)圖。該模型方法對(duì)威脅到線路工程的高位邊坡提供了有效的判識(shí)手段,對(duì)高烈度山區(qū)線路選線以及既有線改建工程提供了重要的決策依據(jù)。最后,將自組織臨界理論框架所得到的Ⅸ度烈度區(qū)地震觸發(fā)崩塌滑坡總體特征分布規(guī)律關(guān)系應(yīng)用到地震觸發(fā)高位崩塌滑坡災(zāi)害防護(hù)工程量當(dāng)中,建立起了地震觸發(fā)高位崩塌滑坡災(zāi)害防護(hù)工程應(yīng)用框架。(4).通過統(tǒng)計(jì)汶川、蘆山Ⅸ度烈度區(qū)崩塌滑坡,發(fā)現(xiàn)其規(guī)模與累計(jì)發(fā)生頻率均服從冪律分布,但是其冪指數(shù)b值存在較大差距。為此,在SOC理論概念框架下,對(duì)其原因進(jìn)行了探討。受地震b值與斷層分維數(shù)呈正相關(guān)的物理特性啟發(fā),推斷地震崩塌滑坡b值與系統(tǒng)內(nèi)部組構(gòu)的分維數(shù)存在一定關(guān)系。為驗(yàn)證這一推斷,開展了7組變沙堆組構(gòu)特性的沙堆模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明落沙量b值和沙堆組構(gòu)分維數(shù)D之間具有一定的正相關(guān)關(guān)系,但不是線性關(guān)系,沙堆組構(gòu)分維數(shù)D越大,落沙量b值也就越大,反之亦然。由此,可確定系統(tǒng)組構(gòu)特性會(huì)對(duì)地震崩塌滑坡b值造成影響。據(jù)此初步推斷,兩場(chǎng)地震震區(qū)地質(zhì)條件的差異可能是造成汶川、蘆山地區(qū)地震崩塌滑坡b值不同的原因之一(5).基于SOC運(yùn)行機(jī)制及汶川實(shí)震現(xiàn)象,推斷當(dāng)?shù)卣鹗沟乇戆l(fā)生快速隆升變形時(shí),位于極震區(qū)的斜坡系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制符合快驅(qū)動(dòng)機(jī)制。為研究快速隆升區(qū)的地震觸發(fā)崩塌滑坡分布規(guī)律,對(duì)汶川地震斷裂帶上、下盤地區(qū)1.5km內(nèi)的崩塌滑坡規(guī)模面積進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)上盤災(zāi)害服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,而下盤不服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。隨后,通過快速傾斜底板的方式,模擬快驅(qū)動(dòng)條件下的沙堆動(dòng)力過程,開展了4組快驅(qū)動(dòng)沙堆模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,沙堆坡度保持在臨界角附近時(shí),落沙量服從冪律分布；而當(dāng)沙堆坡度偏離臨界角度時(shí),落沙量的統(tǒng)計(jì)特性呈現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)分布,不再呈現(xiàn)SOC特性。據(jù)此提出,汶川地震快速隆升區(qū),地震觸發(fā)崩塌滑坡呈現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)分布的現(xiàn)象,可能是系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變(快驅(qū)動(dòng)機(jī)制)的效應(yīng)。綜上,通過以上研究,不僅獲得了地震觸發(fā)崩塌滑坡的整體分布規(guī)律和減災(zāi)對(duì)策研究的基本認(rèn)識(shí),同時(shí)也對(duì)SOC相關(guān)領(lǐng)域的研究,具有一定的指導(dǎo)意義,并希望藉此范例性的探索,推動(dòng)自組織臨界理論研究從唯象學(xué)向精確化科學(xué)邁進(jìn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P642.22;U216.419.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1553547