地震P-S波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究
  • 【摘要】

    我国地处环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带上,地震活动频繁,因地震导致的滑坡灾害非常严重,大量地震崩塌与滑坡主要发生在多震且多山的西部地区,其中地震诱发的滑坡崩塌最多的是川滇两省.强烈地震时,地震诱发的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,特别是在山岳地区,其危害往往比地震直接造成的更大.从发生的几次典型地震的致灾统计数据看出,强烈地震诱发的斜坡崩、滑等地质灾害造成的人员伤亡数量占到地震伤亡总人数的三分... 展开>>我国地处环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带上,地震活动频繁,因地震导致的滑坡灾害非常严重,大量地震崩塌与滑坡主要发生在多震且多山的西部地区,其中地震诱发的滑坡崩塌最多的是川滇两省.强烈地震时,地震诱发的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害,特别是在山岳地区,其危害往往比地震直接造成的更大.从发生的几次典型地震的致灾统计数据看出,强烈地震诱发的斜坡崩、滑等地质灾害造成的人员伤亡数量占到地震伤亡总人数的三分之一甚至更多,其危害程度"不亚于一场大地震".因此,强烈地震诱发的斜坡崩、滑地质灾害因其巨大的致灾力引起了极大的关注.论文在大量的野外地质详查、工程地质勘察及资料调研工作基础上,以工程地质力学综合分析、有限差分数值试验模拟、室内岩石动三轴剪切破坏试验及离散元数值模拟分析等为技术手段,对地震动力作用触发的斜坡崩滑等地质灾害的形成机制、主控因素及动力学特征进行了系统研究,取得了以下主要结论和认识: ⑴ 通过对重庆黔江小南海古地震崩滑堆积体及汶川"5.12"强震触发的大量斜坡崩滑地质灾害进行工程地质勘察、野外地质详查、资料搜集及相关研究工作,形成了两套重要的方法体系,其一即基于岩性、地形对比等因素的地震古崩滑堆积体原始地形恢复方法;其二是依据发震构造组合机制、斜坡体构造裂隙发育状况、崩滑堆积体块石粒径分布特征及地震波传播方向与力学性质的差异等因素的斜坡崩滑过程综合判定方法.在此基础上,得出了地震触发斜坡崩滑灾害的一般类型、成灾机制及动力学特征等主要结论:① 从地震触发的斜坡崩滑灾害的最终破坏形态讲,地震崩滑堆积体多呈高度破裂或严重高度破裂形态;② 从地震触发斜坡崩滑灾害的破坏过程讲,多以崩塌为主,滑动为辅;其破坏的动力过程多经历了"风化剥蚀?震荡抛射?崩滑堆积?堵江成湖"四个阶段;③ 从地震触发斜坡崩滑灾害的破坏形式讲,一般可将之分为崩塌破坏、滑移破坏,滑移-碎屑流动破坏及振动液化破坏四种类型;④ 从地震触发斜坡崩滑灾害的控制因素讲,其形成多为受地震构造组合机制、岩体结构与构造、地形地貌、斜坡岩土体风化程度及地震波力学作用等因素综合作用的结果. ⑵ 通过对地震动力作用下斜坡体发生先期破坏的细观分析研究,结合地震V/H峰值加速度比随震中距变化及沿斜坡体竖向变化两个趋势,得出了位于不同震中距斜坡体发生先期破坏的控制诱发因素:① 在近场(震中距Δ≤30km)场地,地震纵波的竖向拉裂作用是导致沿发震控制构造斜坡岩土体破坏的主导诱发因素.② 在远场场地,地震横波的剪切作用是导致沿发震控制构造斜坡岩土体破坏的主导诱发因素. 对处于地震远场场地的斜坡体,有限差分数值试验模拟及岩石动三轴剪切试验结果表明,其破坏具有显著的"高差"效应,即斜坡体先期破坏大多位于坡肩部位,其原因如下:a. 斜坡体破坏应变有随埋深(围压)减小而减小的趋势,破坏临界应变小和坡肩地震峰值加速度的放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏;b. 斜坡体抗剪强度有随埋深(围压)减小而减小的趋势,破坏临界抗剪强度低和坡肩地震峰值加速度的放大双重因素导致坡肩部位优先发生先期破坏. ⑶ 通过对汶川"5.12"地震动力作用下斜坡体发生崩滑破坏全过程的离散元数值模拟,得出了不同初始震源距斜坡体动力损伤破坏的主控因素,并形成如下主要结论:① 沿发震构造带初始震源距在64km之内的斜坡体发生先期崩滑破坏的主控因素是地震纵横波的耦合作用,且在震中附近时,以地震纵波的竖向拉裂作用占优,而随着震源距的逐渐增大,横波产生的竖向剪切作用对斜坡体破坏的影响逐渐增大并开始占据优势作用;② 当初始震源距在64km~216km之间时,斜坡体发生先期崩滑破坏的主控因素是地震纵波的个体作用,且随着震源距的增加,主控因素逐渐由地震纵波产生的水平和竖向拉裂作用的耦合向地震纵波的水平拉裂作用过渡;③ 从地震作用下斜坡体发生先期崩滑破坏的位置看,大多位于坡肩部位,但也有从坡脚开始破坏的,研究发现,发生于坡脚位置的先期破坏与该处的坡度及岩层产状有关;④ 从斜坡体发生先期崩滑破坏的起始时间看,有随震源距增加而增加的趋势,若从单因素考虑,其与地震波活动强度随震源距的衰减特性相符合. 以上结论对于防灾减灾及指导沿特定发震构造带的地质环境脆弱区的城镇及基础设施建设科学选址等都具有重要的理论和现实意义,并可为相关地震地质灾害风险管理提供了技术支撑. 收起<<

  • 【作者】

    崔芳鹏 

  • 【学科专业】

    地质工程

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    中国科学院地质与地球物理研究所

  • 【导师姓名】

    胡瑞林

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    P-S波%时差耦合作用%崩滑效应%有限差分数值试验%岩石动三轴剪切试验%离散元数值模拟%成灾机制%主控因素