基于斜坡单元划分的区域斜坡地震稳定性评价——以商州区为例

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近一百年来地震频发,由地震诱发的滑坡灾害更是大大加重了人类伤亡和经济损失。国内外学者们总是在积极地忙着分析地震发生后的滑坡形成机理以及探讨地震和滑坡各个因素指标的相关性,但这治标不治本,我们忽略了对整个区域的斜坡地震稳定性预测的探索,这些区域本身有着数量较多的不稳定斜坡,同时由于科技高速发展所带动的人类工程活动加剧,使得原本滑坡不发育的地区也发育了多处不稳定斜坡,这些不稳定斜坡在地震作用下很有可能发生破坏失稳。因此,对此类地区进行区域性的不稳定斜坡在地震作用下的动力响应规律及稳定性评价等问题的探索及研究,不仅能推动相关科学理论的发展,而且能够为合理规划区域人类工程活动提供科学的指导,具有重要的理论意义与现实意义。  商州区位于陕西省东南部,地处秦岭山地,大部分区域为河谷阶地,降雨较多,抗震设防烈度为七度。此区域现有滑坡不发育,但是一级阶地与二级阶地交界以及二级阶地等处的不稳定斜坡较为发育,在外力(降雨、地震等)作用下极有可能发生滑坡。今年8月份在商洛刚刚发生的山阳滑坡(位于商州区南部)就是一个典型的例子。本文立足丰富的实际地质基础数据,依据商州区域地形条件将区域划分为多个斜坡单元,对斜坡单元进行坡向分析后提取典型的斜坡剖面并建立斜坡模型,输入人工合成的地震波模拟每个斜坡模型的地震稳定性,总结出在给定的地震条件下的整个区域的斜坡稳定性情况,为区域斜坡地震稳定性评价提供一种全面的快速、准确、有效的评价方法。  论文的完成工作主要包括以下的几个方面:  1.阐明地震滑坡的概念及地震滑坡主要的类型及特征,论述斜坡地震稳定性评价方法分类的研究现状,对斜坡地震稳定性评价方法的分类进行了探讨,通过对比已有的分类方法总结了评价方法分类应该具有的5种特点,按照这几种特点将评价方法分为拟静力法、NEWMARK法以及数值模拟方法三种。对这三种斜坡地震稳定性评价方法的研究进展进行了简要回顾,对每个方法的优缺点做了简短评价并结合商州区的基本情况经过优缺点的对比后,选取了基于ARCGIS区域斜坡单元划分的以FLAC3D评价区域斜坡地震稳定性为主体的评价方法,同时使用CAD、MATLAB、ANSYS等软件辅助进行评价。  2.对研究区商州的基本情况进行了介绍,并着重的介绍了地震地质条件以及工程地质条件。  3.采用ANSYS软件按照模型尺寸要求对每个斜坡进行建模,从定义单元属性、分析网格尺寸以及生成网格三方面来进行网格划分,使用ANSYS-flac插件导入FLAC3D进行斜坡地震稳定性分析。  4.运用FLAC3D模拟斜坡地震稳定性,讨论地震波的选取、边界条件的设置、阻尼的设定等,模拟时分天然状态下和动态响应下两步进行。在分析动态响应特征时,主要从在地震条件下斜坡剪应变是否贯通、在地震条件下斜坡水平(X)方向位移变形大小以及监测点位移变形曲线来分析斜坡地震稳定性。  5.依据商州区基础DEM图采用ARCGIS软件对区域进行斜坡单元划分,包括正向反向地形无洼地填充DEM的生成、水流方向的提取、基于水流方向的汇流累积量的计算、河网的生成、集水区域的生成等关键步骤,经过后期处理人工修改不合理的单元,最终得到若干个斜坡单元。将斜坡单元数据在MATLAB中进行坡向的分析并提取出典型斜坡剖面,结合地质资料绘制剖面图。对每个剖面图建模进行地震稳定性分析,并挑选2个典型斜坡进行举例说明。  6.将区域中提取的斜坡逐个方法进行模拟,并绘制区域斜坡地震危险性分区图,得到整个区域的斜坡地震稳定性情况,并做出结论。
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