含软弱夹层地质体强震作用下的非协调动力响应研究

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本研究调查了大光包滑坡区地质概况及其层间错动带岩体特征,并对层间错动带碎裂岩体进行了相关物理实验和强度试验,获取大光包滑坡层间错动带岩层的相关物理力学参数,也对大光包滑坡层间错动带岩体的力学特性进行了分析。同时,收集前人已有的调查研究成果,完善了振动台试验相似模型建立所需要的参数,对振动台模型相似比进行确定,并计算相似材料的相关物理力学参数以及设置正交试验确定相似材料的配比。之后,对振动台试验进行设计,确定实验方案,以相似材料建立概化模型,布置相应的传感器,加载不同类型的地震波,分析地震动荷载下含软弱夹层模型各层位及界面处的加速度、应力和位移的响应规律以及地震波性质的变化对以上各响应规律的影响。研究得到的结论有:(1)大光包滑坡层间错动带碎裂岩体的抗剪强度具有分带特征,其底部泥化带抗剪强度最小。岩体抗剪强度随着破碎程度的增加而减小,在地震过程中,振动荷载会使得层间错动带岩体进一步碎裂化,进而使其强度大大降低,增加滑坡发生失稳破坏的可能性。此外,含水率对泥化带抗剪强度影响明显,随着含水率增加,泥化带抗剪强度呈指数下降,同时使得泥化层破坏时的累计变形量大大减小,进而增加了滑坡启动的可能性和突然性。(2)在含软弱夹层的地质体中,软弱层以上层位的加速度响应值会在相应的震动方向上呈现高程放大效应,但是在垂直向地震波作用下,软弱层中岩体在垂直方向的加速度响应会小于上下层位岩体中的加速度响应值,产生加速度的不协调响应;在水平向地震波加载的情况下,不同层位加速度响应的值大小不一致,在水平方向上也会产生加速度响应的不协调。地震波频率或幅值增加会加剧含夹层地质体各个方向上加速度响应的差异性,且同等强度的水平波引起的高程放大效应和加速度非协调性更为显著。(3)在垂直向地震波和水平向地震波加载下,软弱层中相应方向的土压力值均可以达到上下层岩体的数倍,表明含软弱夹层的地质体在地震作用下,软弱夹层岩体中应力值要显著大于上下强度较高的岩体,使得含夹层地质体的软弱夹层岩体在地震中相较其他层位的强度更高的岩体更容易发生破坏,且随着地震波频率或幅值的增加,都会显著增大地质体中各层位的土压力值。(4)软弱层中岩体在地震波作用下应变量显著大于上下层位的硬岩,此外,软弱层上下层岩体位移量大小不一致,位移响应的曲线峰谷位置也可能发生错动,使得软弱层本身在垂直和水平方向承受的应变量循环往复地增大和减小,在垂直方向上产生循环的拉和压,在水平方向上产生来回的剪切,使得软弱层更加容易发生破坏。地震波频率的增加会增大应变的不协调程度,从而加剧软弱层岩体可能发生破坏的概率。水平方向的地震波幅值越高,软弱层的应变总量和含夹层地质体的应变的不协调程度会更高,软弱层岩体更易产生破坏。但在垂直方向上,软弱夹层的应变总量和夹层地质体的应变不协调程度与地震幅值的关系不单调,对于某一地震频率的地震波,存在一个相对较高危险的地震加速度值,但对于更高频率的地震波,这一特定的地震波加速度值相应更高,但总体来说,同时兼具高频和高振幅的垂直向地震波会产生更显著的非协调变形,加剧软弱层岩体及地质体的破坏和失稳。(5)在地震波影响下,大光包斜坡体因软弱夹层的存在,发生了非协调动力响应。在加速度响应方面,斜坡体产生了显著的高程放大效应,造成了大光包滑坡体在下滑方向上滑动力的增加,因而发生滑动的可能性大大增加;在应力响应方面,大光包滑坡层间错动带层位中应力值显著大于上下层岩体的应力值,由于层间错动带岩体较上下层岩体碎裂程度大,强度低,因此会首先发生破坏,并形成滑动面,促使大光包滑坡的滑动。此外,层间错动带岩体底部层位破碎程度更高,同时还存在一层泥化夹层,在地震中含水率上升,泥化夹层强度还会急速降低,更加剧起这一层位强度的下降;在应变响应方面,层间错动带中岩体的应变值较大,且其上下层位位移响应的不协调使得层间错动带岩体在不同方向上均产生循环往复的应变,进一步加重了层间错动带岩体的碎裂化,增加其产生破坏和最终下滑的可能性;最后,激发大光包滑坡的地震波具有高频率高幅值的特点,地震波的这些特点都在相当程度上增加了大光包滑坡各层位动力响应的非协调性,进而大大加剧了大光包滑坡发生失稳滑动的可能性。
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