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窝前滑坡的成因机制及运动特征

作　者: 刘四丽
导　师: 傅荣华
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 高速远程滑坡—碎屑流成因机制运动特征动力响应侧涌超高临界加速度能量法
分类号: P642.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

青川县马公乡窝前滑坡是汶川地震诱发的一个高速远程滑坡—碎屑流，体积为1200×10~4m~3，导致34人死亡，造成严重的人员和经济损失。由于高速远程滑坡—碎屑流的冲击能量和体积巨大、滑动速度极高、运动距离超长、流动性大、致灾范围大、遇阻改变流向等运动特点，致使一旦发生，造成的灾害就无法估计。因此，研究高速远程滑坡—碎屑流的形成机制及运动特征，计算运动过程中的速度及运移距离，对确定其可能的停止区域和预测灾害范围有重要的意义，进而对减灾防灾具有指导意义。本文以马公乡窝前滑坡为研究对象，围绕地震引发的高速远程滑坡（崩滑）—碎屑流展开研究。通过野外调查等手段和方法，阐述窝前滑坡的地质环境背景，详细地描述窝前斜坡的岩体结构特征，并根据窝前滑坡的运动、堆积特点对滑坡进行分区描述。然后，从地震滑坡的稳定性影响因素、地震波以及石坎断层对窝前斜坡的影响三个方面分析窝前滑坡的成因机理。并采用理论分析滑体启动及侧涌超高时的受力，推导计算得出启动和运动过程的速度；同时用能量法对滑坡运动全过程进行反演分析。最后，采用通用离散元UDEC模拟其变形破坏过程，并通过斜坡内的监测点分析窝前斜坡的动力响应特征。研究认为：（1）窝前滑坡所在区为该区海拔最高1875m处，地形上，上陡下缓；岩性组合，上硬下软，岩层层面缓倾坡外；构造上石坎断层通过滑坡南侧后缘，不仅形成南侧的不连续面，同时使南侧的岩性非常破碎；新构造运动和地震在该区活动强烈，在滑坡后壁北侧形成长大的卸荷裂隙。这些不利的地质背景特点，使窝前斜坡易形成滑坡。强烈的汶川地震是外因，特别是地震波和石坎断层的影响。再加上地形、斜坡结构及高程等对地震作用的放大效应，最终形成窝前高速远程滑坡—碎屑流。（2）窝前滑坡体的堆积具有一定的分带性，表现在物质成分和物质粒径上。物质成分上从北侧到南侧一般为滑体深部灰黑色碎石堆积带、大块石灰岩堆积带、角砾岩堆积带、小块石灰色灰岩带、滑体表层风化层带；物质粒径上，横向上，中间大两边小；纵向上，滑源区的块石粒径最大，随着滑动距离的增加粒径逐渐减小，但夹杂个别大块孤石。（3）运动特征上，窝前斜坡北侧主滑Ⅰ区的山脊首先沿65°方向先运动。其次，主滑Ⅱ区的岩体沿65°方向产生移动，与南侧的走向28°的小山包相撞，一部分物质运动方向发生偏转，另一部分物质受前部物质的影响，基本沿NE15°方向运动。与此同时，受地形缩口的影响，运动方向由NE15°转向NE75°。最后Ⅲ区及小山包依次因为北侧的斜坡运动形成临空而滑动。整个滑坡物质在碰撞解体后经过陡坡带Ⅱ的加速形成碎屑流，沿着沟谷走向75°运动。运动方向大致是NE65°—NE75°—140°—85°。（4）依据Nemark原理，分析了滑体启动的受力状况，计算得到窝前滑坡滑动的临界加速度是5.54m/s~2，抛出时速度是21.32m/s，位移是116.9m。通过简化滑坡在弯道处侧涌超高处的受力，推导得出弯道侧泳超高计算速度的公式为：最后采用能量法和反推算法计算了滑体运动过程中的速度，与侧涌超高法比较后，采用能量法计算的滑速来衡量窝前滑坡的运动特征。分析结果表明，滑坡的运动经历一个先加速再减速的过程。在水平运动距离400～1000m之间为加速过程，1000m时速度达到46.68m/s的峰值；水平运动距离1000～2035m之间为减速部分。尤其是1800m以后，只是在受惯性力的作用下往前运动。窝前滑坡的平均速度是34.2m/s~2，整个滑坡历时150s。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章引言  11-19
  1.1 选题依据及研究意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-16
    1.2.1 国外高速远程滑坡（崩滑）-碎屑流研究现状  13-14
    1.2.2 国内高速远程滑坡-碎屑流研究现状  14-16
  1.3 研究内容及技术路线  16-19
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 技术路线  17-19
第2章自然地理及工程地质条件概况  19-28
  2.1 自然地理概况  19-20
    2.1.1 地理位置  19-20
    2.1.2 气象水文  20
  2.2 地质环境条件  20-26
    2.2.1 地形地貌  20-21
    2.2.2 地层岩性  21-23
    2.2.3 地质构造  23-25
    2.2.4 新构造运动及地震  25-26
    2.2.5 水文地质条件  26
  2.3 小结  26-28
第3章窝前滑坡基本特征  28-49
  3.1 窝前滑坡形态与规模  28-29
  3.2 窝前滑坡区岩体结构特征  29-34
    3.2.1 滑源区岩体结构特征  29-33
    3.2.2 滑床岩体结构特征  33-34
  3.3 窝前滑坡分区  34-47
    3.3.1 滑源区  34-39
    3.3.2 碰撞解体加速区  39-42
    3.3.3 碎屑流区  42-47
  3.4 小结  47-49
第4章窝前滑坡成因机制及运动特征  49-63
  4.1 地震滑坡稳定性影响因素  49-53
    4.1.1 地震波对窝前斜坡的影响  50-52
    4.1.2 石坎断层对窝前斜坡的影响  52-53
  4.2 窝前滑坡的成因机制  53-56
  4.3 窝前滑坡的运动速度分析  56-63
    4.3.1 窝前滑坡的启动速度分析  56-58
    4.3.2 侧涌超高法速度分析  58-59
    4.3.3 窝前滑坡运动速度估算  59-61
    4.3.4 小结  61-63
第5章窝前滑坡离散元数值模拟  63-79
  5.1 通用离散元的基本原理  63
  5.2 数值模拟研究  63-65
    5.2.1 离散元模型建立  63-64
    5.2.2 数值本构模型机材料参数选取  64-65
  5.3 数值模拟结果及分析  65-78
    5.3.1 最大不平衡力检验  65-67
    5.3.2 强震动力作用下边坡动力响应分析  67-74
    5.3.3 强震动力作用下边坡变形破坏全过程分析  74-78
  5.4 离散元数值模拟主要结论  78-79
结论  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-87
攻读学位期间取得学术成果  87-88
附图  88-91

窝前滑坡的成因机制及运动特征

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