雨后层状危岩体在地震作用下的力学响应数值模拟研究.pdf

摘要

层状危岩体是含有一组绝对优势的层面、软弱夹层或节理面的地质体。在风化

侵蚀、降雨及突发性地震荷载的影响下，层状危岩体极易形成大规模的崩塌，对人

员生命安全具有极大的威胁，因此对这类危岩体的研究对今后危岩体工程实践具有

一定的理论意义和应用价值。

本文以鄂渝交界中山区的层状危岩体为研究对象，地貌形态呈峰丘峡谷地貌，

针对由中—厚层灰岩和薄层碳质页岩构成的三处危岩体地质剖面形态，概化出直线

型、上缓下陡凸型以及上陡下缓凹型三种坡面形态，开展渗流特点、地震动荷载和

破坏模式的分析，进一步探究降雨和地震作用下危岩体的力学响应规律，总结危岩

体稳定性，主要研究内容及结论如下：

（1）基于FLAC3D的层状危岩体建模及对雨后危岩体的位移规律研究。在Rhino

软件中辅助建模，导入FLAC3D中，降雨工况按连续5日的降雨计算，以危岩体坡

面作为入渗面，确定入渗系数，得出入渗量，结合危岩体中水的渗流特点，结果表

明：在直线型危岩体中，靠近临空面部分的软弱结构面位移明显增大，整体位移量

范围与上缓下陡凸型危岩体相似。在上陡下缓凹型危岩体中，位移变化范围大于前

两类危岩体4倍左右，表现出由上至下逐渐增大，在坡脚处有集中现象。

（2）模拟计算雨后地震作用下三类危岩体的变形响应规律。通过地震波的选

取、滤波及基线修正、地震波加载等参数设置对地震进行模拟。结果表明：上陡下

缓凹型危岩体在东西和南北地震波下，位移比前两种坡面形态的危岩体变化明显，

三类危岩体在雨后地震作用所产生的位移变化范围是降雨条件下位移变化范围量

的8倍左右。

（3）层状危岩体在地震作用下的破坏机制。结果表明：危岩体位移主要集中

于坡顶裂隙处、软弱夹层处和坡底处，在直线型和上陡下缓凹型危岩体中，软弱结

构面处的塑性区表现为剪切破坏，而在上缓下陡凸型危岩体中，软弱结构面处的塑

性区则表现出张拉破坏。在上缓下陡凸型和上陡下缓凹型危岩体中，剪切和张拉破

坏出现的比例比直线型危岩体的剪切和张拉破坏明显增多，通过地震作用下的动力

分析并结合地质结构模型和数值计算得知的三处危岩体的破坏模式较为一致，通过

计算稳定性系数，三处危岩体处于欠稳定状态。

关键词：层状危岩体；数值模拟；降雨作用；地震作用；稳定性评价

Abstract

Thestratifiedhazardousrockformationsrepresentgeologicallysignificantentities,

predominantlycomposedofdominantlayersinterspersedwithfragileinterlayersorjoint

surfaces.Vulnerabletoextensivecollapsestriggeredbyweathering,erosion,rainfall,and

suddenseismicevents,theseformationsposeasignificantthreattohumansafety.Thus,

investigatingthesehazardousrockformationsisofparamounttheoreticalsignificance

andpossessesconsiderablepracticalapplicationsforforthcomingengineeringprojects.

Thisinvestigationdelvesintothestratifiedhazardousrockformationssituated

withinthecentralmountainousterrainthatdelineatestheborderbetweenHubeiand

Chongqing,markedbyitsdistinctivepeak-hill-canyonlandscape.Itscrutinizesthe

geologicalse