摘要
汶川地震触发了数以万计的崩塌、滑坡等次生地质灾害，造成了严重危害，同时强大的地震力震松了山体，使得震后长时期斜坡类地质灾害频发。其中岩体震裂松动是引起震后次生地质灾害的主要原因，当前对于这种特殊的破坏形式研究较少，主要因为地震的不可预见性及复杂性，地震造成的破坏范围广，岩体震裂破坏多发生在山区，现场考察难度大，这些都导致对震裂岩体的研究不足。震后频发的余震、强降雨是震裂岩体失稳的诱因，引起的斜坡类地质灾害主要是崩塌，造成的危害不仅规模大、破坏性强，比如2009年“7.25”彻底关崩塌、2010年“10.21”十二道拐崩塌，而且威胁时间久远，如1976年松潘大地震造成的白沙流大型崩塌点，至今山体仍不断发生崩塌。基于以上方面，作者首先从斜坡震裂岩体结构特征研究出发，现场结构精测和工程物探手段相结合，对地震裂缝的类别、特征、规律和震裂岩体的宏观特征和变形特性进行了研究。通过震后长期对震区公路沿线崩塌灾害的跟踪调查，掌握其分布规律、类别和失稳模式，并且对震后崩塌进行识别研究。崩塌造成的危害主要是崩落滚石具有极强的冲击力造成的，在自主研制的冲击力测试系统的基础上，对冲击力的规律和计算方法进行研究，主要研究成果如下：
(1)根据对块状结构、中厚层状结构反倾型、软硬互层结构顺倾型斜坡震裂破坏特征的调查，将斜坡震裂缝分为表面型、贯穿型、走向型、倾向型、闭合型、扩展型六种基本类型。震裂缝总体走向在N30o～60oE，主要分布在发震断层附近或者山脊位置、以及斜坡陡缓交界部位。震裂缝延伸性好、张开程度高，剖面形态上宽下窄，充填物较少或者无充填。
(2)震裂岩体具有结构面显著张开、无充填或者少量充填和岩体架空等宏观特征，同时具有回弹强度低、大范围的低波速带和强渗透性等变形特性。坡表岩体的回弹强度在20～30MPa之间，波速值普遍小于3000m/s，集中在2000～3000m/s之间，完整性系数在0.15～0.5之间，完整性较差，渗透性基本上属于强透水、严重透水段。以波速值为主要划分依据，将震裂岩体分为严重震裂岩体、中等震裂岩体、轻度震裂岩体三个等级。
(3)震后崩塌主要分布在Ⅹ和Ⅺ烈度区内，集中在坡度40o以上的斜坡，以斜坡中上部位失稳为主。崩塌失稳模式可以归结为倾倒式、滑移式、溃屈式、错落式和偏心滚（滑）落式这五大类，其中以滑移式和溃屈式为主，占了震后崩塌数量的近60%，其次依次为倾倒式、错落式和偏心滚（滑）落式失稳模式。滑移式崩塌以整体滑移为主；倾倒式崩塌以倾倒～拉裂模式为主。
(4)采用相互作用层次分析法建立了震后崩塌识别体系。选取主控结构面倾角、地形坡度、结构面特性、凹腔发育特征、岩性及组合特征、岩体结构和震裂损伤程度这七个因子作为崩塌识别的基本指标，采用层次分析法半定量的研究了指标之间相互作用关系对崩塌识别的影响权重和指标重要性程度，提出了崩塌识别的“震后崩塌判别指数CDI”方法，建立了震后崩塌识别体系。结合震后长期对震区公路沿线斜坡的调查，以震后崩塌识别方法为基础，获得崩塌隐患点CDI指数。依托崩塌识别指数分级区间，CDI指数越高，发生崩塌的可能性越大。
(5)独创性的设计了一套冲击力的测试装置，包括滚石运动支架、冲击拦挡装置和数据采集装置三个组成部分。结合冲击力测试系统，采用模拟试验对最大冲击力进行研究，最大冲击力随着滚石重量的减小或者冲击速度的降低，逐渐减小，2cm厚度缓冲层比直接冲击时减小了90%左右。同时最大冲击力随着入射角度的变缓而逐渐降低，但是当角度越缓时，冲击力值降低的幅度很小。
(6)对冲击力计算方法进行研究，讨论各计算公式的异同、合理性和适用性。结合冲击力实测数据，基于冲量定理，并考虑斜碰撞时的条件，引入放大系数概念，建立了可用于不同质量、冲击速度、入射角度、不同缓冲层材料、厚度的最大冲击力计算方法（正碰时η=0）。对于缓倾角（θ＜40°）的条件，本文建议冲击力取正碰条件下的0.7～0.9倍之间。
Tens of thousands of collapse, landslides and secondary geological disasterstriggered by Wenchuan Earthquake, caused serious harm, and powerful earthquakeforce shook-loose the mountains, it make slope geological disasters takes placeconstantly at long period after earthquake. And the shattered rockmass is the mainreason for cause the secondary geological disasters, the study on the special destroyform is less at present, mainly because of the unpredictable nature of the earthquakeand its complexity, damage range widely, rockmass shattered crack damage occurs inthe mountains, to inspect in site is very difficult, these lead to study on shatteredrockmass is shortage. Frequent the aftershock, heavy rainfall after earthquake is thecauses of shattered rockmass instability, not only large scale and destructive of thedisasters, for example,2009“7.25”CheDiGuan collapse、2010“10.21”12th Crytchcollapse, but also the threat time is long, for example the large-scale collapse ofBaiShaLiu triggered by SongPan earthquake in1976, yet still collapse to now. Basedon the above aspects, firstly the author study on the shattered rockmass structurecharacteristics of slope by combination of precise measurement andengineering geophysical means, make research to the categories、characteristics、lawsof seismic fractures and shattered rockmass feature from macroscopic properties anddeformation characteristics. Through long-term follow-up investigation of collapsealong the highway in earthquake region, master their distribution, categories andinstability modes, and make identification to the collapse after earthquake. The harmtriggered by collapse is mainly caused by the strong impact force of rolling rock,based on the independently developed impact force testing system, make research tothe laws and calculation methods of impact force, the principal results are as follows:
(1) Through survey the shatter failure characteristics of blocky structure slope、middle thickness rock layer structure and antidip stratified slope、soft and hard rocklayered slope, the seismic fractures was divided into six types: surface type、transfixing type、strike type、tendency type、closure type、extension type. Seismicfracture was N30o～60oE trending and mainly distributed in seismogenic faults areaor ridge、and steep with slow border area. Seismic fracture was well extension、highopen degree、upper wide and lower narrow of profile morphology, fillings less or no.
(2) Shattered rockmass has the characteristics such as open structural planes、fillings less or no、overhead rockmass and so on, then it has the deformationcharacteristics such as low rebound strength、large range of low wave velocity andstrong permeability. Rebound strength of slope surface is between20~30MPa, wavevelocity value common less than3000m/s, concentrated in between2000~3000m/s, integrity coefficient was between0.15and0.5, integrity is poorer, permeabilityis basically high、serious. The partitioning standards of shattered rockmass is based onwave velocity value, divided into three communities: severe shattered rockmass、medium shattered rockmass and slight shattered rockmass.
(3) Collapse after earthquake is mainly distributed in the Ⅹ and Ⅺ intensityzone, focused on the slope above40o, the main instability part is in middle-upper.Collapse instability modes could be attributed to five categories: toppling、sliding、buckling、scattering、eccentric-runoff, among them with sliding type and buckling typeprimarily, account for nearly60%of the all, followed by toppling type, scattering typeand eccentric-runoff type instability mode. The sliding type is integrity slip mainly;The toppling type is falling-ripping mainly.
(4) Identification system of collapse after earthquake bulit based on interaction ofAHP. Take control discontinuity、gradient of geomorphology、 discontinuitycharacteristics、state of recessed cavity、feature of lithology assemblages、rockmassstructure、degree of seismic damage these seven factors as the basic indicators ofcollapse identification, with AHP, the influence weight of collapse identification andindex importance degree were semi-quantitatively analyzed based on the interactionrelationship between index, put forward the "collapse after earthquake discriminantindex CDI" method of collapse identification, built the identification system ofcollapse after earthquake. Combined with the investigation of slopes along thehighway in quake zones by long-term, based on collapse after earthquakeidentification method, get CDI index of potential collapse-hazards. Relying oncollapse identification index classification interval, the higher the CDI index, the collapse happened has bigger possibility.
(5) Original design a set of impact force testing device, including three parts: therolling rock stent、impact resistance device、data acquisition device. Combined withthe system, make research to maximum impact force by simulation test, the force withthe decrease of the rolling rock weight or the lower impact velocity, reduce gradually,the force of2cm buffer layer thickness was reduced by90%than direct. Then itreduced gradually as the incident angle slow, but when the smaller the angle, the littleof lower value of the impact force.
(6) Make research to the calculation method of impact force, discuss thesimilarities and differences、rationality、applicability of each calculation formula.Combined with the measured data of impact force, based on impulse theorem, andconsidered the oblique collision conditions, introduced the concept of amplificationcoefficient, set up a maximum impact force calculation method can be used fordifferent impact velocity、different incident angles、 different materials and thicknessof buffer layer(normalimpact η=0). For slow dip (θ＜40°), this paper suggests that impact force is0.7~0.9times of the force under the condition of normal impact.
引文
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