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滇西红层边坡地震及地震-降雨耦合作用下动力破坏模式实验研究

滇西红层边坡；地震；地震-降雨耦合；动力响应；破坏模式；振动台

摘要：

滇西地区位于三江构造带西侧，地质及水文条件复杂，雨季暴雨多发，构造活动强烈，呈现中强震频发，大震多发的特点。该区域多为泥质粉砂岩、砂岩、粉砂质泥岩，为典型的红层地质，具有红层独有的物理力学性质以及极易产生红层灾变。区域边坡结构多为顺层边坡与反倾边坡，少数为横向边坡，边坡多为砂泥岩互层，坡体节理裂隙发育，风化深度较大，形成众多结构碎裂的层状岩质边坡。根据2008年汶川特大地震发生后多频次余震与降雨耦合导致边坡破坏加剧现象，结合滇西区域地质条件与气象因素，该区域也易发生地震以及地震-降雨耦合作用下边坡破坏，从而严重威胁滇西地区公路系统建设。为降低滇西区域红层边坡破坏对于公路网络的威胁。以滇西红层区域内某一边坡为原型，考虑红层特有岩石性质，分别设计地震以及地震-降雨耦合作用下的振动台实验，从PGA放大系数、孔隙水压力、HHT边际谱峰值以及边坡破坏现象等方面，探究两种作用下边坡的动力响应以及破坏模式。结果表明：两种作用下的PGA放大系数均存在“高程放大效应”以及“趋表放大效应”，“趋表放大效应”随着高程的增加而减弱，并且单一地震下PGA放大系数与加速度幅值成规律性变化，地震-降雨耦合作用下则无规律；增加降雨因素，对比两种作用下的PGA放大系数，边坡上部区域更容易发生失稳破坏，破坏程度更加剧烈。边坡内的孔隙水压力与高程以及地震波加载幅值均出现正相关，并且孔隙水的存在对于地震响应具有放大效应，坡顶部位放大效应最突出。HHT边际谱峰值PMSA变化曲线显示，两种作用下边坡破坏都是先坡顶部位后坡腰部位。观察振动台实验现象，模型A在地震波幅值0.7g失稳破坏，破坏阶段依次为裂隙发育→层面弯曲→层面强烈弯曲→边坡破坏，破坏模式为坡顶岩层弯曲-拉裂破坏模式。模型B在地震波幅值0.4g失稳破坏，破坏阶段依次为降雨坡顶崩解不规则破坏-坡面溜滑→层面弯曲及裂隙扩展→层面强烈弯曲→边坡失稳破坏，破坏模式为崩解破坏，弯曲、蠕滑-拉裂复合破坏模式。该研究可为滇西红层区域边坡的设计、治理提供参考，更好的保障公路网络的安全运行。

关键词：滇西红层边坡；地震；地震-降雨耦合；动力响应；破坏模式；振动台