强震作用下顺层边坡破坏、运动和堆积过程模拟及动力学机理研究

采用震害地质调查、非连续变形分析DDA方法、大型振动台试验与PIV技术相结合的研究手段，对山区强震触发顺层岩质边坡高速启动与滑坡运动、堆积全过程及动力学机理进行研究。以汶川地震典型滑坡为背景，概化工程地质力学模型，以DDA方法建立大变形运动学数值计算模型，嵌入块体动本构与块间接触模型，模拟真实地震动输入下典型地形与斜坡结构及岩性组合的顺层边坡的地震动力响应和灾变破坏过程；同时建立典型原型边坡的相似模型，开展基于PIV技术的大型振动台试验，测量地震响应，考察其变形发展、应变局部化到运动的高速启动与滑坡动态破坏过程及运动堆积特征，并将试验结果转换为原型边坡的地震响应，从而验证数值结果。在此基础上，系统模拟不同地震动输入下复杂顺层滑坡及群发性滑坡的大变形破坏、运动与堆积过程，揭示滑坡运动模式及动力学机理，提出强震触发高速滑坡发生条件，为地质环境脆弱山区高边坡地震稳定性评价和灾害预测提供科学依据。

基于汶川地震触发的典型顺层滑坡实例，采用非连续变形分析DDA数值模拟与大型振动台模型试验相结合的研究手段，深入研究了地震滑坡失稳破坏以及运移堆积过程的运动模式和动力机制。通过改进块间接触模式，提出强度衰减式接触模型，发展了改进型DDA数值模拟方法，从而能够真实模拟边坡材料接触面抗剪强度的非线性特征。在此基础上，开展了真实地震荷载作用下边坡破坏、运移和堆积过程的大变形数值模拟，结果显示地震触发高速滑坡呈现整体下滑趋势，局部块体单元则因地震作用而具有相对复杂的运动模式。进一步，以唐家山滑坡为原型开展了顺层岩质边坡大型振动台模型试验设计，包括相似材料配制及室内试验，模型边坡砌筑方案、传感器布置方案和地震加载方案的设计等内容，并开展了多个台次振动台试验研究。试验结果表明，模型边坡在失稳破坏前的加速度响应整体上表现出地震放大效应，并且地震放大效应随高程增加呈非线性增加；其变形破坏模式可概括为坡面后缘张拉，前缘剪切，滑坡体沿软硬岩接触面整体下滑。对比分析DDA数值模拟和振动台模型试验结果，可以合理解释地震触发高速顺层滑坡的内在机制，亦有助于开展地震区边坡—支挡结构相互作用的研究以及发展地震滑坡有效防治技术。