水电工程顺层岩质高边坡地震变形破坏机理三维数值反演研究.pdfVIP

水电工程顺层岩质高边坡地震变形破坏机理三维数值 反演研究 1 1 1 2 2 何铮 ，徐卫亚 ，石崇 ，李明卫 ，赵谊 1. 河海大学 土工程研究所，南京 (210098) 2. 中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究，贵阳 (550002) E-mail：Sunday_hz@ 摘 要：顺层岩质高边坡地震动力破坏是一个十分复杂的课题。结合西南某拟建水电站顺层 岩质高边坡工程实例，恢复了该边坡震前地形地貌，建立了三维模型，利用FLAC3D 进行了 动力时程响应和工程地质分析，再现了该边坡在地震中变形破坏的全过程，揭示了其后发型 阶段性逐级滑塌的破坏机理以及大夹角折线形的后缘破坏面形状，对边坡抗震设计具有指导 意义。三维地震反演分析的数值模拟方法，揭示了顺层岩质高边坡动力渐进破坏失稳机理， 同时反演、推测出的岩体动力参数，为正演计算中动力参数的选取提供了参考。 关键词：顺层岩质高边坡；软弱夹层；变形机制；FLAC3D ；动力时程响应；反演数值模拟 1 引言 [1] 对地震岩质高边坡已有很多学者开展了初步研究，王思敬等 通过振动模拟试验探索了 块体运动时滑动面的摩擦特征，讨论了边坡动力稳定性评价的原理，王存玉等[2]研究了水平 层状边坡、反倾向边坡和顺倾向边坡的地震动力破坏，薛守义 [3]对块状岩体边坡地震滑动 [4] 位移进行了分析。在数值模拟研究方面，祁生文 等采用 FLAC3D 对边坡动力响应规律进行 了研究。何蕴龙[5] [6] 提出了一个岩石边坡地震作用近似计算方法。陈玲玲 用时程分析和反应 谱对比的方法研究了岩质高边坡的动力稳定；然而，这些研究大多集中在边坡是否会失稳及 失稳后永久位移的计算,而对边坡地震渐进破坏的失稳过程和失稳机理，尚缺乏数值模拟方 面的研究成果[7] 。 本文结合西南某拟建水电站顺层岩质高边坡工程实例，恢复了该边坡震前地形地貌，建 立了三维反演模型，利用 FLAC3D 对其进行了动力时程和工程地质分析，再现了地震中该 边坡变形的全过程，揭示了其变形破坏机理，判定了其后缘破坏面形状。同时，本方法反演 计算中采用的岩体动力参数，为正演计算中动力参数的选取提供了参考。 2 工程地质概况 西南某拟建水电站左岸顺层岩质高边坡（以下简称滑石板边坡）所在区域位于地壳稳定 性相对较差的地区，内地震活跃，最大震中烈度达 IX 度。1996 年该地区发生的一次 7.0 级 大地震对拟建坝址影响烈度达到Ⅷ度，在震后数月后，该坝址滑石板边坡发生大型基岩滑塌， 下游河道断流，水位抬升近 60m，后又形成较大决口。在发生上述岸坡变形之前，此滑石板 边坡曾经发生多次此类变形失稳，在高陡峡谷顺向坡地段今后还有可能再次发生类似的边坡 变形，因此有必要对该边坡进行地质工程和地震动力响应分析，揭示其地震变形破坏规律， 以便为抗震设计提供重要依据。 2.1 边坡主要结构面特征 滑石板边坡坡顶高程 2600m～3000m，河水面高程 1600m 左右。滑石板区内部存在发 育的层间错动面。此层间错动面与岩层产状相同，起伏不大，对边坡安全稳定性起到控制性 的作用。通过对此软弱结构面土样矿物鉴定表明，该土样属于蚀变矿物，鳞片变晶结构，定 - 1 - 向构造，鳞片状矿物主要为蚀变绿泥石及绢云母，夹杂残留碳酸盐矿物颗粒，岩石破碎，易 剥成片。其中绢云母成分占 45 ％；绿泥石占50 ％。 通过对滑石板区现状调查分析，该区域按主要岩体结构特征可分为 3 个小区(见图 1、 图2) ： 图 1 边坡主体结构分区 图2 滑