裂隙发育黄土斜坡地震失稳机制及其失稳早期判识

来源 :中国地震局兰州地震研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lsp110
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我国黄土高原地质构造复杂,区域内存在的南北地震带、华北地震带、秦岭—祁连山地震带均为活跃断裂带,是我国地震地质灾害极为发育的地区之一,历史上曾发生大量破坏性地震。由于黄土具有较强的湿陷性和动力易损性,给这些地震带来了严重的灾害效应,诱发了数以万计的滑坡,引起大量道路破坏、桥梁损毁、房屋倒塌以及次生地质灾害,造成了重大的经济损失和人员伤亡。因此深入研究强震作用下黄土地区的典型斜坡动力响应特性、失稳机制,以及早期判识,对于黄土地区地震地质灾害预测和抗震设防具有重要的科学意义。黄土斜坡内部广泛发育着黄土裂隙,其中以坡顶前缘裂隙出露的斜坡最为常见。本文以典型的含裂隙斜坡与无裂隙斜坡为研究对象,综合采用现场勘测、室内土工试验、大型振动台试验等方法,研究分析了两种结构的斜坡在强震作用下的动力响应以及失稳机制。进而以岷县梅川镇黄土覆盖山区为研究区,以2013年岷彰6.6级地震诱发的同震滑坡为对象,从遥感标志与地面标志两方面入手对裂隙发育黄土斜坡进行早期判识。最后利用ArcGIS,分析了滑坡的空间分布特性,并提炼影响因子,建立滑坡的空间预测模型。(1)对研究区的自然地理、气象水文、地层岩性、地形地貌等方面进行详细介绍,分析岷漳地震诱发黄土地震滑坡的分布及其特点。并以研究区典型黄土斜坡为概念模型,开展了1:25含裂隙黄土斜坡与不含裂隙黄土斜坡的振动台模型试验。通过输入不同幅值的水平向与竖向地震波,分析两种结构斜坡的动力响应特性。(2)利用峰值加速度法与Arias强度法分析加速度在坡面、竖向断面的响应规律,发现含裂隙斜坡与不含裂隙斜坡在坡面与内部垂直断面上的PGA放大效应均表现高程放大效应,即越接近坡顶,放大效应越明显。同等强度的地震波作用下,水平地震波对斜坡的放大效应大于竖向地震波作用。并且裂隙的存在对地震波在斜坡中的传播和响应具有重要的影响。(3)通过傅里叶变换,从频谱变化特性的角度分析水平地震波与竖向地震波作用于两种坡体的动力特性响应差异。输入地震波经斜坡土体传递后,卓越频率发生了显著的变化。随着高程的增加,坡体会对中高频段进行选择性放大作用,在含裂隙斜坡侧这种作用更为明显;并且随着地震波的幅值增加,卓越频率向低频方向转移。在竖向地震波作用下,卓越频率衰减现象却不明显。(4)利用三维光学测量技术,基于PGD与△PGD变化将含裂隙斜坡与不含裂隙斜坡的坡面的变形主要分为三个阶段,分别是弹性阶段、塑性变形阶段、破坏阶段。并通过宏观变形将对不同烈度下的含裂隙斜坡与不含裂隙的斜坡变形破坏过程进行归纳总结,在此基础上对含裂隙斜坡的破坏机制进行分析。(5)基于遥感标志与地面标志对裂隙发育黄土斜坡进行早期判别。遥感标志主要包括:斜坡四周植被呈圈椅状、阶梯型斜坡。而地面标志主要分为四大类九小类,四大类主要包括:坡体结构标志、地形地貌标志、岩性组合标志、水文地质标志;基于Logistic回归模型,发现对裂隙发育斜坡的贡献从大到小的影响因子依次是:距断裂带距离、地貌、岩性、高程,坡度;最后绘制了目标区地震滑坡的易发性分区图。
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