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地震滯后滑坡的破壞機理及防治措施研究

文檔作者：倪振強史存鵬韓濤文檔來源： 1．聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院 2．長江三峽勘測研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年02月20日
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第3 2卷第9期
2 0 1 5年9月
長江科學(xué) 院 院報
Journal of Yangtze River Scientific Research Institute
Vo1．32 No．9
Sep． 2 0 1 5
doi：10．1 1988／ckyyb．20140250
地震滯后滑坡的破壞機理及防治措施研究
倪振強 ，史存鵬 ，韓濤
(1．聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院，山東聊城252000；2．長江三峽勘測研究院有限公司，武漢430074)
摘要：由于地震的強烈震動作用，使一些巖質(zhì)斜坡內(nèi)部形成了塑性貫通區(qū)，易使斜坡成為不穩(wěn)定斜坡，遭遇外力
作用后就有可能形成地震滯后滑坡。以汶川地震中的某不穩(wěn)定斜坡為研究對象，利用大型有限元軟件ANSYS建
立數(shù)值模型，研究其地震作用下的動力響應(yīng)。數(shù)值模擬的結(jié)果表明：地震波穿越節(jié)理面后，發(fā)生了較大變化，使節(jié)
理面上下巖體運動方式不同；巖橋在地震作用下，內(nèi)部剪應(yīng)力和拉應(yīng)力波動較大，最終導(dǎo)致了巖橋的塑性貫通；層
間節(jié)理位移分布很不均勻，動力響應(yīng)也有較大不同。最后，根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)果和不穩(wěn)定斜坡的特點，確定了潛
在的滑動面，并提出了裂縫注漿和削坡減載的治理措施。
關(guān)鍵詞：地震滯后滑坡；破壞機理；數(shù)值模擬；位移時程曲線；防治措施
中圖分類號：P642．22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001—5485(2015)09—0063—06
1 研究背景 2 不穩(wěn)定斜坡的地質(zhì)概況
地震滑坡是由于地震作用而引起的滑坡現(xiàn)象，
它既可以伴隨地震的發(fā)生而立即產(chǎn)生—— 地震伴生
滑坡，也可以在地震發(fā)生后一定時間內(nèi)發(fā)生— —地
震滯后滑坡 。汶川地震是新中國成立以來破壞
性最強、波及范圍最廣的一次特大地震，誘發(fā)的地震
滑坡災(zāi)害最為嚴(yán)重。特別是由于地震作用形成了許
多的不穩(wěn)定斜坡，在一定外力作用下可形成地震滯
后滑坡 。
巖質(zhì)斜坡因構(gòu)造復(fù)雜，產(chǎn)狀不一，所以分析起來
比較困難，而地震作用下的巖質(zhì)斜坡的穩(wěn)定性分析
就更加困難。目前常用的斜坡動力分析方法主要有
擬靜力法、滑塊分析法、數(shù)值分析方法和試驗法
等_5 J。其中，近年來伴隨著計算機技術(shù)和計算力
學(xué)的高速發(fā)展，動力有限元軟件ANSYS／LS-DYNA
因其在動力學(xué)計算中的優(yōu)越性，被廣泛應(yīng)用于模擬
斜坡動力響應(yīng)的研究中 J。
本文以汶川地震后的某不穩(wěn)定斜坡為例，利用
ANSYS／LS．DYNA軟件對其在地震作用下的動力響
應(yīng)進行數(shù)值模擬，結(jié)合工程地質(zhì)勘察確定了潛在的
破壞模式，并提出了相關(guān)的防治措施。為巖質(zhì)地震
滑坡的破壞機理分析方法提供新思路，并為相關(guān)工
程的防治提供了經(jīng)驗。
汶川地震中的某不穩(wěn)定斜坡，地層巖性主要有
第四系地層(沖洪積層、殘坡積層、崩坡積層)和志
留系茂縣群。不穩(wěn)定斜坡坐標(biāo)為 ：493 918．456；
Y：3 444 743．994，前緣高程為1 601 m，后緣高程為
1 720 in。不穩(wěn)定斜坡上部的巖性為灰色中厚層狀
千枚巖，地層產(chǎn)狀為277。L56。，主滑方向189。，為
斜切向坡，坡度64。，危巖構(gòu)造節(jié)理發(fā)育，可以大致
分為3組：①277。L80。，延伸20～25 in，起伏粗糙，
微張0．1—0．3 cm，裂面強風(fēng)化，干燥；@203。L63。，
延伸25—30 in，平直粗糙，微張0．1—0．3 cm，裂面
強風(fēng)化，干燥；③207。 3。延伸3—5 m，間距1—
2 cm，起伏粗糙，微張0．1～0．3 cm，裂面強風(fēng)化，干
燥，不同區(qū)段方向有差異。不穩(wěn)定斜坡寬20 m，高
30 nl，厚3～5 m，體積為1 800～3 000 nl ，地質(zhì)構(gòu)造
如圖1。
3 計算模型的建立
3．1 動力響應(yīng)時程分析法
地震作用下的斜坡動力響應(yīng)分析方法，常用振
型分解反應(yīng)譜法與時程分析法2種動力有限元方
法，本文采用的是時程分析法。時程分析法是地震
收稿日期：2014—04—02；修回日期：2014一o5—21
基金項目：山東省高等學(xué)?？萍加媱濏椖?J12LG10)；聊城大學(xué)高層次人才、博士科研啟動基金資助
作者簡介：倪振強(1983一)，男，山東萊蕪人，講師，從事巖土工程減災(zāi)方面的研究，(電話)18769586505(電子信箱)nizhenqiang@lcu．edu．cn。

長江科學(xué)院院報 2015丘
巖橋中間的剪應(yīng)力在初期迅速增值后，在后續(xù)的振
動中逐步歸零，而巖橋兩端的剪應(yīng)力較大，特別是巖
橋下部的剪應(yīng)力值較大。從圖9(b)可以看出，巖橋
中部的為張拉應(yīng)力，其值相對較大，而巖橋兩端為壓
應(yīng)力，上部值較小，下部值較大。
時間／s
10 2O 30 4O 5O 60 70
3
2
1
量。
-
- 2
． 3
5
． 10
- 20
． 25
(a) 向位移時程曲線
一監(jiān)測點9
? ． 監(jiān)測點l0
? ? 監(jiān)測點11
時間／s
10 20 30 40 50 60 70
一監(jiān)澳
? ‘ 監(jiān)澳
．曲矗ti曲 。i盛皓 。 ．． I=蘭!
[ 一nrT 1r一 ’ 一 一
點9
點10
點1l
(b)y向位移時程曲線
圖8 監(jiān)測點9-11的位移時程曲線
腳8 Yme-ht~tory Old'YeS of,asOamnmt for point 9 to point 11
O．4
日0．
山
要o．
． 0
1．0．
垛
． O．6
- O．8
? 一監(jiān)測
? ’ 監(jiān)測
r 一- ’r’ ’’■ ’ ?
【 ．-‘ ^I—Jl_‘～ 』-^■ -．一? 一 一 ． ? ．
r—1 ‘ 0’ 40 50 60 7I
(a)剪應(yīng)力時程曲線
9
10
11
’ 。1— 一 ? ?
? ． 監(jiān)測
? 一監(jiān)測
9
10
11
(b)第一主應(yīng)力時程曲線
圖9 監(jiān)測點9-1 1的剪應(yīng)力及第一主應(yīng)力時程曲線
Fig．9 Time-history curves of shear stress and first
principal stress for point 9 to point 1 1
最后本文對節(jié)理層間滑距的動力響應(yīng)進行分
析。圖lO為監(jiān)測點1—3的層間滑距時程曲線。通
過圖5和圖10可以看出，節(jié)理層間的滑距是非常小
的，而且節(jié)理①的層間滑距與節(jié)理②和③的層間滑
距方向相反。這是由于節(jié)理②和③有向下滑動的趨
勢，而對節(jié)理①的擠壓作用造成。
時間／s
． O．5
． 1．O
g_1_5
- 2．0
． 2．5
呂
呂
目
呂
lO 2O 30 40 50 60 70
． ． I．▲ 一． ～ ～?一一 ? ． ． 一
? 1rrr ” ，lr-。 ’ ”
(a)監(jiān)測點1
1O 2O 30 40 50 60 70
時間／s
(b)監(jiān)測點2
時間／s
(c)監(jiān)測點3
圖10 監(jiān)測點1’_3的層間滑距時程曲線
Fig．1 0 Time-history curves of contact sliding distance
for point 1 to point 3
從以上分析中可以看出，由于節(jié)理②和節(jié)理③
之間巖橋的位移變形，使得內(nèi)部巖體受到擠壓，而產(chǎn)
生了向坡體內(nèi)部微小移動的趨勢。巖橋塑性區(qū)的產(chǎn)
生主要是由于巖橋兩端的較大剪應(yīng)力和巖橋中部的
較大張拉應(yīng)力所造成的。但由于塑性變形相對較
小，未達(dá)到塑性破壞極限，因此斜坡并未發(fā)生破壞。
6 主要工程地質(zhì)問題及防治措施
通過數(shù)值分析可以看出，雖然斜坡暫未破壞，但
斜坡內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生了塑性變形。在以后的一段時期
內(nèi)，外力如地震、暴雨或人為活動都有可能使得斜坡
破壞。
根據(jù)勘查地面資料成果，不穩(wěn)定斜坡在汶川地
震過程中，其表層節(jié)理切割嚴(yán)重，存在較多松動巖塊
以及危巖體。坡體后緣出現(xiàn)張拉裂縫，巖體表面的
碎石土崩落。從數(shù)值分析可以看出，如若斜坡發(fā)生
滑動，其滑動面主要是沿節(jié)理②和節(jié)理③ ，如圖11
O 8 6 4 2 O 2
1 O O O O O O
Bd 襁

長江科學(xué)院院報 2015丘
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(編輯：曾小漢)
Failure M echanism and Prevention M easures of Lagged Earthquakeinduced
Landslide
NI Zhen—qiang ，SHI Cun-peng ，HAN Tao
(1．School of Architecture and Civil Engineering，Liaocheng University，Liaocheng 252000，China；
2．Three Gorges Geotechnical Consultants Co．，Ltd．，Wuhan 430074，China)
Abstract：Under strong earthquake action，plastic zone penetrates through rock slope and makes it unstable．Encountered
with external forces these unstable slopes are likely to become lagged landslides．In the present research
we established a numerical model using finite element software ANSYS to simulate an unstable slope after Wen—
chuan earthquake．The simulation revealed that joint surfaces changed a lot after earthquake waves passed through，
the movements of rocks on two sides of the joint surface were different；the internal shear stress and tensile stress of
rock bridge fluctuated heavily，which induced the penetration of plasticity；the contact sliding distance distributed
very unevenly，and the dynamic responses of different positions of joints were quite different．Finally，according to
engineering geological survey results and characteristics of unstable slope，we identified the potential sliding sur—
face，and proposed treatment measures including crack—grouting and slope-cutting．
Key words：lagged earthquake—induced landslide；failure mechanism ；numerical simulation；time-history curve of
displacement；prevention measures

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