大型岩质滑坡地震变形破坏过程物理试验与数值模拟研究.pdf

J o u r n a l o f E n g i n e e r in g G e o l o g y 工程地质学报 1 0 0 4 - 9 6 6 5 2 0 1 3 2 1 ( 2 ) 一 0 2 2 8 0 8 大型岩质滑坡地震 变形破坏过程物理试 验与数值模 拟 研 究 球 朱 雷 王小群 ( 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室( 成都理工大学) 成都6 1 0 0 5 9 ) 摘要 以汶川地震触发的大光包岩质滑坡为例， 结合野外现场调查， 以其地质结果为背景， 建立起破坏前的物理模型和三 维数值模型， 利用振动试验台和数值计算方法对滑坡变形破坏过程进行了研究。物理试验与数值模拟方法相互验证 ， 取得了 较为一致的结果。研究结果表明： 该滑坡的破坏模式为坡体顶部与中部拉张贯穿破坏一中部沿层面滑移一前缘剪切破坏， 中 部拉裂缝与主滑面首先形成滑动边界 ， 前缘首先滑出；滑坡变形过程中的加速度与速度响应研究表明其放大效应明显。同 时， 通过对比基岩与滑带加速度与速度放大系数， 显示了结构面对斜坡变形破坏过程的控制作用。 关键词 大型岩质滑坡振动台试验数值计算地震动力响应变形破坏模式 中图分类号 ： 0 3 1 9 5 6 文献标 识码 ： A PHYSI CAL 0IDEI AN D NUMERI C S n仉 J I A oN 0lF DE FOR 蛐oN A N D F A H,U R E P R OC E S S OF L A RGE ROC KS L I D E I N E AR T HQ U AK E ZHU Le i WANG Xia o q u n ( S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G e o h a z a r d P r e v e n t i o n a n d G e o e n v i r o n m e nt P r o t e c t io n( C h e n g d u U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y ) ， C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ) Ab s t r a c t E a r t h q u a k e is o n e o f t h e ma i n f a c t o r s o f t h e g e n e r a t io n o f a l a n d s l id e T h i s p a p e r t a k e s t h e Da g u a n g b a o r o c k s l id e t ri g g e r e d b y t h e Ms 8 0 W e n c h u a n e a rt h q u a k e f o r e x a mp l e B a s e d o n s it e i n v e s t ig a t i o n， t h e p h y s ic a l mo d e l e x p e r ime n t s a n d n u me ri c a l mo d e l a r e b u il t t o s imu l a t e t h e d e f o r ma t i o n a nd f a i l u r e p r o c e s s o f t h e r o c k s l id eT he r e s ul t s o f mo d e l t e s t ma t c h t h e r e s u l t s o f n u me ri c a l s imu l a t io n we l 1 Th e r e s u l t s s h o w t h a t f a il u r e mo d e l o f s l i de wa s t ha t t h e t o e a n d t h e mid d l e o f t h e s l id e wa s s h e a r f a il u r e a n d t h e t o p o f t h e s l id e wa s t e n s io n f a il u r e Th e t e n s io n c r a c k s o f s l o p e a n d t h e s h e a r o b l iq u e l a y e r o n t h e b o t t o m c o mp o s e d t h e s l id e b o u n d a r y T h r o ug h t h e r e s e a r c h o f a c - c e l e r a t io n a n d v e l o c i t y r e s p o n s e，t h e c a l c u l a t e d a l s o r e s u l t e d t h a t t h e s t r uc t u r a l p l a n e p l a y e d a c o n t r o l l in g r o l e in t h e d y na mic r e s p o n s e o f t h e r o c k s l o p e Ke y wo r ds L a r g e r o c k s l id e，S h a k in g t a b l e t e s t ，Nu me ri c a l a n a l y s is ，S e is mic r e s p o ns e，Fa il u r e mo d e l 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 5 2 0 ；收到修改稿 日期 ： 2 0 1 2 0 7 2 2 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 4 1 0 7 2 2 3 0 ) 第一作者简介 ： 朱雷 ， 主要从事岩土体稳定性方面研究E ma i l ： a a c l e e 1 2 6 C O B J o u r n a l o fE n g i n e e r i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 1 3 图 l5 大光包滑坡地震分析模型剖面图与监测点分布图 F ig 1 5 S e is mic d y n a mic mo d e l a n d d is t ri b u t io n o f mo nit o ri ng p o int s o f Da g ua n g b U O la nd s lide 表 3 监 测点速度 、 加速度峰值 T a b le 3 P e a k v a lu e s o f v e lo c it y a n d a c c e le r a t io n o f mo n it o r ing p o int s 表 4 监测点速度、 加速度放大 系数 T ab le 4 Amp lif ic a t io n f a c t o r s o f v e lo c it y a n d a c c e le r a t io n o f mo n it o ri n g p o in t s 层上下 的岩体动力响应不一致 ， 最终导致相对位移 变大 ， 充分论证了软弱结构面对边坡控制作用 ， 也符 合岩体结构控制论 的观点 。 5 结论 结合野外现场调查 ， 采用振动试验台和有限差 分软件 F L A C 如对其变形累积过程、 动响应规律及破 坏过程进行模拟 ， 得到如下结论 ： ( 1 ) 利用振动台对滑坡 的变形破坏过程进行试 验研究 ， 结果表明， 大光包滑坡的破坏模式为坡体顶 部拉张破坏一 中部拉裂破坏 前缘剪切破坏。中部 拉裂缝首先 与滑面形 成滑动边界 ， 前 缘首先滑 出。 这也与现场调查的情况较为符合。 ( 2 ) 通过振动台试验和数值计算方法对该滑坡 的变形过程进行 了模拟 ， 结果表 明：虽然地震作用 下斜坡 的变形破坏是很短时间 内完成 的， 但坡体的 变形仍然是一个短时间内渐进的过程， 同时数值计 算中滑坡渐变过程较好地验证了振动台试验结果 。 ( 3 ) 对滑坡的加速度与速度放大效应 的研究表 明： 加速度与速度具有放大效应 ， 其 中， 水平加速度 放大效应最为明显 ， 同时也进一步论证 了结构面对 边坡动力响应的控制作用。 ( 4 ) 数值模拟结果与振 动台实验相互验证 ， 数 值模为滑坡变形破坏过程 、 动力 响应提供 了大量的 量化数据 。而物理试验可以直观地再现滑坡 的变形 破坏全过程 ， 2种研究方法结合 ， 使得对滑坡变形破 坏的规律更加深人的了解。 参考文献 1 许强， 陈建君， 等 斜坡地震响应的物理模拟试验研究， 四川大 学学报 ( 工程科学 版) ， 2 0 0 9 ， 4 1 ( 3 ) ： 2 6 62 7 2 X u Q i a n g ，C h e n J ia n j u n ，e t a1S t u d y o f t h e s e i s mi c r e s p o n s e o f s l o p e s b y p h y s i c a l m o d e l i n g J o u r n a l o f S ic h u a n U n i v e r s i t y ( E n g i n e e fi n g S c i e n c e E d itio n ) ， 2 0 0 9， 4 1 ( 3 ) ： 2 6 6 2 7 2 2 徐光兴 ，姚令侃 ， 高召宁 ， 等 斜坡动力 特性与动力响应的大型 振动台模 型试验研究 J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 3 ) ： 6 2 4 6 3 2 Xu Gu a n g x in g，Ya o L in g k a n，Ga o Zh a o n in g，e t a1 L a r g e s c a le s h a k in g t a b le mo d e l t e s t s t u d y O 11 d y n a mic Ch a r a c t e r is t ic s a n d d y - n a mic r e s p o n s e s o f s lo p e Ch in e s e J o u r n a l o f Ro c k Me c h a n ic s a n d E n g in e e ri n g ， 2 0 0 8， 2 7 ( 3 ) ： 6 2 4 6 3 2 3 董金玉， 杨国香， 等 地震作用下顺层岩质边坡动力响应和破 坏模式 大 型振 动 台试 验研 究 J 岩 土 力 学，2 0 1 1 ， 1 0( 3 ) ： 2 9 7 82 9 8 2 Do n g J in y u，Ya n g Gu o x ia n g ，e t a1T h e larg e s c al e s h a k in g t able t e s t s t u d y o f d y n am ic r e s p o n s e a n d f a il ur e mo d e o f b e d d in g r o c k s l o p e u n d e r e a r t h q u a k e R o c k a n d S o i l Me c h a n i c s ， 2 0 1 1 ， 1 0( 3 ) ： 2 9 7 82 9 8 2 2 1 ( 2 ) 朱雷等：大型岩质滑坡地震变形破坏过程物理试验与数值模拟研究 2 3 5 4 崔芳鹏， 胡瑞林， 殷跃平， 等 纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑 效应离散元分析 以_ l J l l 唐家 山滑坡为例 J 岩石力学 与 工程学报 ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 2) ： 3 1 93 2 7 Cu i F a n g p e n g，Hu R uil in，Yin Yu e p in g，e t a1 Dis cr e t e e l e me n t a n a l y s is o f co l l a p s in g a n d s l id in g r e s p o n s e o f s l o p e t ri g g e r e d b y t ime d iffe r e n ce c o u p l in g e f f e ct s o f P a n d s e is mic wa v e s - T a k in g T a n g j i a s h a n l and s l i d e i n B e i e h u a n co u n t y f o r e x a mp l e C h i n e s e J o u r n a l o f R o ck M e ch ani cs a n d E n g in e e ri n g ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 2) ： 3 1 9 3 2 7 5 毕忠伟 ，张明 ， 金 峰 ， 等 地震作 用下边坡 的动态响应 规律研究 J 岩土力 学 ， 2 0 0 9， 3 0 ( 增 1 ) ：1 8 01 8 3 Bi Zh o n g we i，Zh a n g Min g，J in F e n g，e t a 1 Dy n a mic res p o n s e o f s l o p e s u n d e r e a r t h q u a k e s Ro ck a n d S o il Me ch an ics ， 2 0 0 9， 3 0 ( S 1 )： 1 8 01 8 3 6 杨庆华， 姚令侃， 杨明 地震作用下松散堆积体崩塌的颗粒流 数值模拟 J 西南交通大学 学报 ， 2 0 0 9， 4 4 ( 4 ) ： 5 8 05 8 4 Y a n g Q i n g h u a ， Y a o L i n g k a n ， Ya n g Mi n g P a r t i cl e fl o w n u me ri ca l s imu l a t io n o f l and s l ip o f l o o s e s l o p e s u n d e r s e is mic l o a d in g J o u r - n a l o f S o u t h w e s t J ia o t o n g U n i v e r s i t y ， 2 0 0 9， 4 4 ( 4 ) ： 5 8 05 8 4 7 杨俊杰 相似理论与结构模型试验 M 武汉 ： 武 汉理工 大学 出版社 ， 2 0 0 5 Y a n g J u n j i e S i mi l a r i t y T h e o r y a n d S t r u ct u r e Mo d e l T e s t Wu h a n ： W u h a n Un iv e r s it y o f T e ch n o l o g y Pr e s s，2 0 05 8 王存 玉 ， 王思敬 边坡模型振动试 验研究 岩体工 程地质力 学 问题 ( 七 ) M 北京 ： 科学出版社 ，1 9 8 7 Wang C u n y u ，Wa n g S i j i n g E x p e ri m e n t a l v i b r a t in g s t u d y o f r o ck s l o p e m o d e l c J G e o l o gy I n s t i t u t e o f C h i n a A ca d e m y P r o b l e ms o f E n g i n e e ri n g G e o me ch a n i cs for R o ck Ma s s( 7 ) B e i j i n g ：S ci e n ce Pr e s s 1 9 8 7 9 李育枢 ， 李天斌 ， 王栋 ， 等 黄草 坪 2 隧道洞 口段减震 措施 的 大 型振动 台模 型试验研究 J 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 6 ) ：1 1 2 91 1 3 5 Li Yu s h u，Li T ia n b in，W a n g Do n g，e t a1La r g e - s ca l e s h a k in g t a - b l e t e s t for v ib r a t io n a b s o r p t io n me a s u r e s o f p o r t al s e ct io n o f Hu a n g ca o pin g t u n n e l n o 2C hin e s e J o u rnal o f Ro ck Me ch a n ics and E n g i n e e rin g ， 2 0 0 9， 2 8 ( 6 ) ：1 1 2 91 1 3 5 1 0 许向宁高地 震烈度区山体 变形破裂 机制地 质分 析与地 质力 学模拟研究 D 成都 ：成都理工大学 ， 2 0 0 6 Xu Xia n g n in g Ge o l o g ic al An a l y s is a n d Ge o me e h a n ie s An alo g S t u d y o f Mo u n t a in De f o r ma t io n Fa il u r e Me ch a n is m in Hi g h E a r t h q u a k e -I n t e n s i t y A r e aD C h e n g d u ：C h e n g d u Un i v e r s i t y o f T e ch n o l o gy ， 2 0 0 6 1 1 I t a s ca C o n s u l t i n g Gr o u p I n cF L AC 如( F a s t L a g r a n g i a n A n a l y s i s o f C o n t i n u a i n 3 D i me n s i o n s ) ， V e r s i o n 2 0， Us e r s Ma n u al( V o 1 u m e V) R U S A： h a s ca C o n s u h i n g G r o u p i n C ，1 9 9 7 1 2 李