受三峡水库周期性蓄水的影响,库区大量的库岸岩质边坡仍将在一定时期内受到水库诱发地震扰动,特别是对于稳定性较差的层状节理边坡,其在这种特殊外营力作用下的稳定性如何发展,将成为库区地质灾害预测与防治需要关注的新重点。本文结合三峡库区层状岩质边坡的具体工程实际情况,采用振动台相似物理模型试验、数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了频发微震作用下库区层状岩质边坡的动力疲劳累积损伤演化过程及边坡长期稳定性的变化规律,并以杉树槽滑坡为研究对象,对其在频发微震下的边坡动力破坏全过程及其稳定性影响因素等进行了较为系统深入的研究,主要研究内容和成果如下:(1)从试验中相似关系及相似材料配比的确定、边坡模型箱及试验设备的选择、典型层状节理边坡的概化设计及建造、加载波的选择及加载方案设计四个方面详细系统开展了振动台试验设计。基于振动台模型试验,通过传递函数法求得边坡在各个加载阶段的动力特性参数(自振频率、阻尼比)。结果表明,随着地震作用次数增加,边坡自振频率的减低和阻尼比的增大是其动力特性变化的基本规律;随着地震作用强度的增大,边坡的损伤累积程度逐渐加快。(2)模型边坡的加速度响应规律表现出“高程效应”和“趋表效应”,高程效应体现边坡加速度响应的垂直向放大作用,趋表效应体现边坡加速度响应的临空面放大作用;随着地震频率、地震荷载幅值的增大,边坡的动力响应更加强烈;受层面倾角及地震波传播方向的影响,反倾层状坡的动力响应最为强烈,陡倾顺层坡与中倾顺层坡分别次之,缓倾顺层坡的动力响应最弱,且四个边坡模型坡面测点的PGA放大系数均随着坡体损伤的累积呈现出减弱趋势。(3)总结了典型层状边坡在多次地震作用下的滑面形成过程及失稳模式。在多次地震作用下,缓倾顺层坡先是层间次级节理因抗拉强度较低而将最先被拉裂,随后缓倾层面的抗剪强度在循环剪切作用下的逐渐降低,导致边坡岩层逐渐滑移脱落,缓倾边坡的整体失稳破坏表现为坡体岩块的逐层破碎滑落;中倾顺层坡的上部岩体首先沿层面产生滑动变形趋势,进而造成边坡后缘的次级节理从坡顶向下逐渐被拉裂,最终形成由后缘竖向拉裂缝与下部贯通层面组合而成破坏面,边坡失稳前岩体的完整性较好,滑体失稳后多呈巨型块体堆积状态;陡倾顺层坡的层面由坡面向里依次被拉开,进而次级节理将因岩层受弯而被拉裂,张开的层面与拉裂的次级节理形成了密布于上部岩体中的裂隙网,其滑体失稳前岩体的完整性极差,失稳后的滑体堆积物极为破碎;反倾层状坡的破坏模式表现为首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。(4)基于振动台模型边坡的原型坡,采用UDEC离散元方法建立数值分析模型,分析了典型层状节理边坡在不断微小地震作用下的变形发展特征及稳定性变化规律。随着微震作用次数的增加,边坡坡体的累积永久位移逐渐增大,边坡稳定性系数则逐渐降低,且二者的变化幅度呈现出先慢后快的规律。对比典型层状岩质边坡的动力稳定性,在微震频发下,层面不出露的陡倾顺层坡与反倾层状坡基本上保持稳定;层面出露的中倾顺层坡的长期稳定性较差,坡体有出现整体滑移失稳的风险;频发微震对缓倾顺层坡影响相对较小,但在长时期遭受微小地震作用后,坡表较为破碎,坡面有发生局部掉块和局部失稳的风险。(5)采用UDEC离散元软件分析了杉树槽滑坡在频发微震下的边坡动力稳定性变化特征及破坏模式,同时探讨了地震荷载幅值、边坡岩层厚度和边坡坡角三个影响因素对杉树槽边坡长期稳定性的影响规律。结果表明,在反复微小地震(0.04g正弦波-V级烈度)下的破坏演化过程分为三个阶段:初始损伤阶段(边坡变形很小),损伤累积阶段(节理裂隙在边坡中下部开展)和破坏阶段(表层滑移体沿“软弱节理面+泥岩砂岩分界面”整体滑移)。而随着边坡岩层厚度的减小、地震荷载幅值和坡角的增大,边坡的位移变形越大,边坡安全系数越低,边坡的疲劳寿命越短,边坡越容易发生失稳破坏。