地震作用下边坡背坡面效应的机理研究

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汶川大地震发生后,通过统计分析滑坡地质灾害特征发现,大量的滑坡表现为明显的“背坡面效应”,即在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎面坡一侧。背坡面效应的形成机理非常复杂,但普遍认为与在斜坡体内波的传播有关,故基于地震波传播理论开展对背坡面效应的研究是非常必要的。为了揭示地震作用下边坡背坡面效应的形成机理,本文以单斜均匀岩质边坡为例,采用静力和动力叠加的方法研究边坡的地震稳定性,其中,用常规方法计算静力,采用波传播方法计算动力,重点研究地震波传播效应对边坡稳定的影响。根据地震学原理,建立地震边坡的波传播模型,推求得到计算边坡动力时程公式,然后静力计算方法,得到动安全系数时程计算公式,并通过与已有的研究成果对比,验证了本文方法的正确性。据此分别计算研究了地震边坡动应力和动安全系数随角度的变化规律,初步揭示了产生地震边坡背坡面效应的行波机理,并取得了以下几点认识:(1)对于相同条件的背坡面和迎坡面,当地震波以相同倾斜角度入射时,入射角与坡面夹角有所不同,由此产生的动力场不相同,是导致背坡面效应的主要原因。(2)由于受入射方向的影响,背坡面法线与入射波形成小角度入射,迎坡面法线与入射波形成大角度入射,造成背坡面产生动力场大于迎坡面,故背坡面要比迎坡面更容易失稳。(3)对于倾斜入射地震P波,随入射角度的增大,背坡面的动应力要明显大于迎坡面,而背坡面的动安全系数值要明显小于迎坡面。(4)对于倾斜入射地震SV波,当入射角约为40° ~70°时,引起的边坡的动应力比相同条件下的地震P波大,动安全系数值则比地震P波作用下的值小。(5)对于以60°入射的地震波,当边坡坡角约为50°~65°时,引起的边坡的动力响应相对较大,其中SV波引起的动力响应更明显,该结论与文献统计调查结果相一致。
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