本文關(guān)鍵詞：汶川地震背后山滑坡穩(wěn)定性與動(dòng)力響應(yīng)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：2008年5月12日,四川汶川發(fā)生了8.0級(jí)特大地震,這是新中國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,引起了全世界的關(guān)注。在距離震中約250km,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,主要研究成果如下:(1)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)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,只在坡體后部出現(xiàn)了幾條張性裂縫。(2)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)模型和計(jì)算模型,并制定了計(jì)算方案。提出4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)。(3)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。(4)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)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。(5)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)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)產(chǎn)生輕微的拉張開裂。漢源縣老縣城高兩度的烈度異常現(xiàn)象與背后山滑坡整體穩(wěn)定性無關(guān),與滑坡體共振產(chǎn)生劇烈振動(dòng)有關(guān),坡面的加速度放大效應(yīng)非常明顯。此外,本文認(rèn)為,對(duì)于避免地震作用下邊坡的失穩(wěn)問題,可以通過分析邊坡響應(yīng)變化趨勢(shì)、響應(yīng)最明顯的位置以及產(chǎn)生共振反應(yīng)的頻率段等相關(guān)特征給出相應(yīng)的抗震措施。
【作者單位】： 中國地震局工程力學(xué)研究所;
【關(guān)鍵詞】： 汶川地震 背后山滑坡 動(dòng)力分析 安全系數(shù) 共振
【分類號(hào)】：P642.22
【正文快照】： 汶川地震背后山滑坡穩(wěn)定性與動(dòng)力響應(yīng)分析@門妮$中國地震局工程力學(xué)研究所!哈爾濱1500802008年5月12日,四川汶川發(fā)生了8.0級(jí)特大地震,這是新中國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,引起了全世界的關(guān)注。在距離震中

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