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作为海洋地质灾害之一的海底滑坡,它的出现频率最高、分布范围最广。大量前人的研究成果表明引起海底滑坡的因素众多,且海底滑坡的机理复杂,尤其是在动载作用下其滑坡的机理更为繁杂。而地震作为诱发海底滑坡的主要因素之一,其作用于海底斜坡致其滑坡的过程本身又是一个极其复杂的非线性动力过程。 南海北部陆坡区域地处构造边缘,地质条件复杂,地震活动频繁。但南海北部尤其是珠江口地区地理位置优越,具有重要的经济意义和战略意义。本文在南海北部陆坡区域珠江口盆地地质构造研究的基础上,结合前人的研究成果,通过对该区域地层剖面和力学参数等资料的广泛收集和整理,采用理论计算和数值模拟两种方式,从力学角度研究了该区域在地震载荷作用下海底斜坡的动态响应和失稳概率。 首先,通过深入分析南海北部陆坡区域珠江口海底斜坡的大量几何形态数据和力学数据,采用Excel的概率分析插件@Risk,将斜坡的几何参数和力学参数概率化,并将其融入到常规极限平衡法计算公式中,采用Monte Carlo模拟,确定不地震、地震和液化三种情况下该区域海底斜坡整体的稳定性情况,即斜坡的滑坡概率情况。研究表明:地震增加了滑坡的概率。总体上,地震使该区域发生滑坡的概率增加了10%左右,但如果造成了土体液化,其滑坡概率将增加50%左右。 然后,利用GeoStudio软件建立该区域典型斜坡的数值模型,分别模拟分析无地震、地震和液化三种不同情况下典型海底斜坡的安全系数和破坏概率,以检验利用概率化极限平衡法评估海底斜坡失稳概率方法的可靠性。研究认为:利用概率化的极限平衡法与数值模型计算失稳概率两种方法的计算结果相差不大,验证了前者在评估海底斜坡失稳概率的可靠性。由于前者的理论简单、使用方便,这为初步评价大范围海底斜坡稳定性提供了简便方法。 其次,结合实际的地震剖面,利用FLAC模拟、计算和分析了地震作用下海底斜坡的稳定性。通过布置监测点的方式监测斜坡特定区域,根据各监测点的历程曲线研究海底滑坡在地震作用下的动态响应规律。研究得出:地震作用下,海底滑坡过程中,水平方向的速度响应大于垂直方向的速度影响,水平方向的加速度响应辐值与地震加速度辐值接近,而垂直方向的加速度响应辐值与地震加速度辐值相差较大。且海底斜坡对地震加速度频谱存在一定的滤波和放大作用,即对高频率段地震波存在较强的滤波作用,对低频率段地震波存在较强的放大作用,且越接近斜坡外轮廓其滤波和放大作用越明显; 最后,根据滑坡面所处位置监测点的有效应力-位移曲线将斜坡失稳划分为四个不同的阶段,利用@Risk分别统计不同阶段时斜坡整体位移和应力的概率分布规律,进而从力学角度探讨失稳机理。结果表明:地震诱发海底滑坡过程可划分为初始阶段、应力调整阶段、应力稳定阶段(液化时则为液化阶段)和迅速滑移阶段;且不同情况下海底斜坡的位移场和应力场分量服从不同的概率分布形式,如无地震和地震(液化)时剪应力服从Loglogistic分布,而地震(非液化)时剪应力则服从Logistic分布;研究认为,地震触发海底滑坡的过程是一个外载荷引起海底斜坡内部大范围应力波动、小范围土体结构破坏形成滑坡面,并在孔隙水参与和放大作用下的极其复杂的非线性动力过程。 通过地震作用下南海北部陆坡珠江口海底斜坡的稳定性研究,定量评价了该区域地震作用下海底斜坡的失稳概率,将海底滑坡划分为四个阶段,并获得了各阶段中位移场、应力场的概率分布规律,深入分析了地震作用下海底滑坡的力学机理,具有重要的实用价值及科学意义。