ᣧⒷ↰ᄢቇᄢቇ㒮 ഃㅧℂᎿቇ⎇ⓥ⑼

(1)

ᣧⒷ↰ᄢቇᄢቇ㒮 ഃㅧℂᎿቇ⎇ⓥ⑼

ඳ

ඳ㩷 ჻㩷⺰㩷 ᢥ㩷 ᭎㩷 ⷐ

⺰ ᢥ 㗴 ⋡

RESEARCH ON SLOPE STABILITY AND

LANDSLIDE MOBILITY DURING EARTHQUAKES

࿾㔡ᤨߦ߅ߌࠆᢳ㕙ߩ቟ቯᕈߣ

࿾ߔߴࠅߩㆇേ․ᕈߦ㑐ߔࠆ⎇ⓥ

↳ ⺧ ⠪

Deping GUO

ㇳ ᓾᐔ

ᑪ⸳Ꮏቇኾ᡹ ࿾㔡㒐ἴ⎇ⓥ

2013 ᐕ 7 ᦬

(2)

NO.1

T h e 2 0 0 8 We n c h u a n e a r t h q u a k e w i t h a s u r f a c e w a v e m a g n i t u d e o f 8 . 0 o c c u r r e d a t Yi n g x i u C o u n t y i n L o n g m e n s h a n t h r u s t f a u l t b e l t , s o u t h w e s t C h i n a , h a v i n g t r i g g e r e d a h u g e a m o u n t o f s l o p e f a i l u r e s . T h i s c a t a s t r o p h i c e a r t h q u a k e i n d u c e d v a r i o u s d i s a s t r o u s c o n s e q u e n c e s a n d t o o k m o r e t h a n 8 0 , 0 0 0 l i v e s , w h i c h o n e t h i r d w a s a t t r i b u t e d t o s l o p e f a i l u r e s . I n o r d e r t o s t u d y o n t h e d i s t r i b u t i o n r e g u l a r i t y o f s l o p e f a i l u r e s r e l a t e d w i t h s e i s m i c p a r a m e t e r s , a n d t h e i n f l u e n t i a l f a c t o r s o n s l o p e s t a b i l i t y a n d l a n d s l i d e m o b i l i t y, f i e l d i n v e s t i g a t i o n , s t a t i s t i c a l a n a l y s i s , t h e o r e t i c a l d e r i v a t i o n a n d f i n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n w e r e u s e d . T h e r e s e a r c h a s p e c t s i n c l u d e d g e n e r a l v i e w p o i n t a n d l o c a l v i e w p o i n t , q u a l i t a t i v e a n a l y s i s a n d q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s . T h e r e s e a r c h p r o c e d u r e o b e y e d a p r o c e s s o f a s l o p e f r o m s t a b i l i t y t o i n s t a b i l i t y, f r o m t h e e s t i m a t i o n o f m o b i l i z a t i o n a b i l i t y o f s l i d i n g d e b r i s t o t h e p r e d i c t i o n o f i t s t r a v e l d i s t a n c e , a n d t h e n i n v e s t i g a t e d t h e s e i s m i c p e r f o r m a n c e o f s l o p e r e i n f o r c e m e n t s s o a s t o t a k e e f f e c t i v e c o u n t e r m e a s u r e t o p r o t e c t n a t u r a l s l o p e f r o m f a i l u r e i n t h e f u t u r e .

F i r s t l y, c h a p t e r 1 i n t r o d u c e d t h e b a c k g r o u n d o f t h i s r e s e a r c h , w h i c h b r i e f l y d e l i n e a t e d t h e c a u s e s a n d r e s u l t s o f We n c h u a n e a r t h q u a k e , a n d r e v i e w e d p r e v i o u s r e s e a r c h e s o n s l o p e f a i l u r e d i s t r i b u t i o n r e l a t e d w i t h e a r t h q u a k e p a r a m e t e r s , a l s o r e v i e w e d p r e v i o u s s t u d i e s a b o u t i n f l u e n t i a l f a c t o r s o n s l o p e s t a b i l i t y a n d i t s d y n a m i c s r e s p o n s e s , l a n d s l i d e m o b i l i t y a n d i t s t r a v e l d i s t a n c e p r e d i c t i o n .

I n c h a p t e r 2 , f r o m t h e w h o l e v i e w p o i n t o f We n c h u a n e a r t h q u a k e , a d e t a i l e d i n v e n t o r y w i t h m o r e t h a n 1 9 0 , 0 0 0 s l o p e f a i l u r e s a n d s t r o n g g r o u n d m o t i o n r e c o r d s o f 1 8 7 s e i s m i c s t a t i o n s w e r e u s e d t o a n a l y z e t h e q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e r e l a t i o n s b e t w e e n s l o p e f a i l u r e d i s t r i b u t i o n a n d s e i s m i c g r o u n d m o t i o n i n We n c h u a n e a r t h q u a k e w h o l l y a f f e c t e d a r e a . T h e r e s u l t s r e v e a l e d t h a t s l o p e f a i l u r e d i s t r i b u t i o n e x p o n e n t i a l l y d e c r e a s e d w i t h t h e i n c r e m e n t o f e p i c e n t r a l d i s t a n c e a n d d i s t a n c e f r o m s u r f a c e f a u l t r u p t u r e ; s e i s m i c a c c e l e r a t i o n a t t e n u a t i o n a n d s t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f s l o p e f a i l u r e d i s t r i b u t i o n g a v e s o l i d e v i d e n c e s t o t h e e x i s t e n c e o f h a n g i n g - f o o t w a l l e f f e c t , b e c a u s e p e a k g r o u n d a c c e l e r a t i o n ( P G A ) o n t h e h a n g i n g w a l l s i d e w a s a p p a r e n t l y l a r g e r t h a n t h a t o n f o o t w a l l s i d e , r e s u l t i n g i n s l o p e f a i l u r e s o n t h e h a n g i n g w a l l s i d e w a s p r e d o m i n a n t l y m o r e t h a n t h a t o n f o o t w a l l s i d e . L i n e a r c o r r e l a t i o n b e t w e e n s l o p e f a i l u r e d i s t r i b u t i o n a n d P G A w a s d e m o n s t r a t e d b y r e g r e s s i v e a n a l y s i s , w h i c h p r o p o s e d t h a t 0 . 1 80 . 2 1 g h o r i z o n t a l P G A w a s t h e t h r e s h o l d v a l u e o f s l o p e f a i l u r e o c c u r r e n c e . F u r t h e r m o r e , a n e m p i r i c a l m o d e l f o r s l o p e f a i l u r e d i s t r i b u t i o n a t t e n u a t i o n w a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r 2 .

T h i r d l y, t h r e e k i n d s o f m e t h o d o l o g i e s w e r e u s e d t o a n a l yz e t h e n u m e r o u s

(3)

i n f l u e n t i a l f a c t o r s o n s l o p e s t a b i l i t y a n d i t s d y n a m i c r e s p o n s e s i n c h a p t e r 3 . I n s e c t i o n 3 . 2 , a c a s e s t u d y o f l a n d s l i d e d i s t r i b u t i o n a n d s l o p e s t a b i l i t y r e l a t e d w i t h f i v e i n f l u e n t i a l f a c t o r s w a s i m p l e m e n t e d b a s e d o n f i e l d i n v e s t i g a t i o n o f 11 9 l a n d s l i d e s i n We n c h u a n C o u n t y. T h e e f f e c t i v e n e s s o f e a c h i n f l u e n t i a l f a c t o r o n s l o p e s t a b i l i t y w a s s t u d i e d b y m u l t i v a r i a b l e a n a l y s i s a n d d e m o n s t r a t e d t h a t s l o p e h e i g h t , h o r i z o n t a l p e a k g r o u n d a c c e l e r a t i o n a n d g e o l o g i c a l s t r u c t u r e h a d s t r o n g e r e f f e c t o n t h e s l i d i n g s o u r c e a r e a a n d v o l u m e t h a n s l o p e a n g l e a n d r o c k t y p e . I n o r d e r t o a n a l yz e m o r e i n f l u e n t i a l f a c t o r s o n s l o p e d y n a m i c r e s p o n s e s , t h e o r e t i c a l d e r i v a t i o n w a s c o n d u c t e d t o s t u d y t h e i n f l u e n c e s o f g e o m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s a n d s e i s m i c w a v e p a r a m e t e r s i n s e c t i o n 3 . 2 . T h e a n a l y t i c a l r e s u l t s r e v e a l e d t h a t t h e s h a p e o f c o n t o u r p l o t o f d i s p l a c e m e n t a m p l i f i c a t i o n r a t i o w a s d e t e r m i n e d b y s e i s m i c w a v e f r e q u e n c y ; w i t h t h e i n c r e m e n t o f f r e q u e n c y, t h e c o n t o u r p l o t c h a n g e d f r o m p a r a l l e l t o s l o p e s u r f a c e t o r h y t h m d i s t r i b u t i o n w i t h m u l t i p l e p e a k v a l u e s ; l o w e r f r e q u e n c y i n d u c e d m o r e d a n g e r o u s d y n a m i c r e s p o n s e s ; t h e m a x i m u m d i s p l a c e m e n t a m p l i f i c a t i o n r a t i o r e l i e d o n P o i s s o n ’s r a t i o , i n p u t a n g l e o f s e i s m i c w a v e a n d s l o p e a n g l e ; m a s s d e n s i t y h a d s m a l l e r e f f e c t o n s l o p e d y n a m i c r e s p o n s e s t h a n Yo u n g ’s m o d u l u s; t h e t h i c k n e s s o f s a l i e n t l y a f f e c t e d r e g i o n b y e a r t h q u a k e b e c o m e l a r g e r w i t h t h e i n c r e m e n t o f Yo u n g ’s m o d u l u s a n d s e i s m i c w a v e i n p u t a n g l e , a n d w i t h t h e d e c r e as e o f s e i s m i c w a v e f r e q u e n c y. A s a s u p p l e m e n t a r y o f s e c t i o n 3 . 2 a n d 3 . 3 , s e c t i o n 3 . 4 c o n t i n u e d t o a n a l y z e t h e e f f e c t o f t o p o g r a p h y o n s l o p e d y n a m i c r e s p o n s e s b y f i n i t e e l e m e n t s i m u l a t i o n . F i v e s i m p l i f i e d s l o p e s w i t h d i f f e r e n t s h a p e s w e r e a n a l yz e d u n d e r t h r e e t y p i c a l s e i s m i c w a v e s , t h e r e s u l t s r e v e a l e d t h a t s e i s m i c a c c e l e r a t i o n w a s g e n e r a l l y a m p l i f i e d w i t h t h e i n c r e m e n t o f s l o p e e l e v a t i o n , e s p e c i a l l y, a t t h e s t e e p s e c t i o n a n d g r o u n d s u r f a c e c u r v a t u r e s h a r p c h a n g i n g s e c t i o n ; s l o p e s w i t h c o n v e x a n d S - l i k e s h a p e w e r e m u c h m o r e u n s t a b l e t h a n o t h e r t h r e e s l o p e t y p e s d u r i n g e a r t h q u a k e s ; s t e p - l i k e s l o p e h a d r e l a t i v e l y h i g h e s t s t a b i l i t y; c o n c a v e s l o p e a n d i n v e r s e S - l i k e s l o p e h a d m e d i u m s t a b i l i t y.

H i g h m o b i l i t y l a n d s l i d e w a s a s e v e r e h a r z a r d t o e n d a n g e r t h e a r e a a l o n g t r a v e l p a t h d u e t o t i m e l i m i t a t i o n o f e v a c u a t i o n . I t i s e s s e n t i a l t o e v a l u a t e t h e e f f e c t s o f n u m e r o u s i n f l u e n t i a l f a c t o r s o n l a n d s l i d e m o b i l i t y, s o a s t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h e m o v e m e n t o f l a n d s l i d e . H e n c e , c h a p t e r 4 q u a l i t a t i v e l y s t u d i e d t h e r e l a t i o n s b e t w e e n t h e e q u i v a l e n t c o e f f i c e n t o f f r i c t i o n (μ=H_{m a x}/L_{m a x}) a n d o t h e r 6 p a r a m e t e r s o f 4 6 l a n d s l i d e s , s u c h a s t o p o g r a p h i c a l f a c t o r s , l a n d s l i d e v o l u m e , h o r i z o n t a l P G A a n d r o c k t y p e , b y m e a n s o f s i m p l i f i e d p l o t s . T h e e f f e c t i v e n e s s o f e a c h f a c t o r o n l a n d s l i d e m o b i l i t y ( 1 /μ) a n d i t s t r a v e l d i s t a n c e w a s r e v e a l e d b y m u lti v a r i a b le a n a l y s i s a n d p r o p o s e d t h a t r o c k ty p e , la n ds l i de

(4)

NO.3

v o lu m e , s lo p e tr a n s i ti o n a n g le a n d s lo p e h e i g h t h a d p r e do m i n a n t e f f e c t o n la n ds l i de m o b i l i ty a n d i ts tr a v e l d i s ta n c e . F u r t h e r m o r e , two s t a t i s t i c a l m o d e l s f o r p r e d i c t i n g e q u i v a l e n t c o e f f i c e n t o f f r i c t i o n a n d t r a v e l d i s t a n c e w e r e d e v e l o p e d , r e s p e c t i v e l y, i n t e n d i n g t o s e r v e r e l o c a t i o n a n d r e h a b i l i t a t i o n ; t h e i r v a l i d i t i e s w e r e v e r i f i e d b y s a t i s f a c t o r y a g r e e m e n t b e t w e e n o b s e r v a t i o n s a n d p r e d i c t i o n s , a n d f u r t h e r c o m p a r e d w i t h p r e v i o u s s t a t i s t i c a l m o d e l s .

I n o r d e r t o l e a r n f r o m s e i s m i c d a m a g e a n d t a k e e f f e c t i v e c o u n t e r m e a s u r e s t o e n f o r c e s l o p e s t a b i l i t y, c h a p t e r 5 r e p o r t e d t h e f i e l d s u r v e y a b o u t s e i s m i c p e r f o r m a n c e o f f o u r s l o p e r e i n f o r c e m e n t s a l o n g N a t i o n a l R o a d 2 1 3 a n d D u j i a n g y a nWe n c h u a n e x p r e s s w a y, t h a t i s , a n c h o r c a b l e , f r a m e b e a m , s o i l n a i l i n g w a l l a n d s h o t c r e t e w i t h b o l t s . T h e r e s u l t o f d a m a g e c o m p a r i s o n s u g g e s t e d t h a t a n c h o r c a b l e , f r a m e b e a m a n d s o i l n a i l i n g w a l l h a d g o o d a n t i - s e i s m i c p r o p e r t y, h o w e v e r, s h o t c r e t e w i t h b o l t s h a d l i m i t e d a b i l i t y t o e n h a n c e s l o p e s t a b i l i t y d u r i n g e a r t h q u a k e .

F i n a l l y, t h e c h a p t e r 6 s u m m a r i z e d t h e f i n d i n g s i n t h i s r e s e a r c h a n d d i s c u s s e d t h e f u t u r e r e s e a r c h t o p i c s .

(5)

㧺㨛

ᣧ

ᣧⒷ↰ᄢቇ ඳ჻㧔Ꮏቇ㧕 ቇ૏↳⺧ ⎇ⓥᬺ❣ᦠ

᳁ฬ ㇳ ᓾᐔ ශ

㧔 ᐕ ᦬ ⃻࿷㧕

⒳㘃೎ 㗴ฬޔ ⊒⴫࡮⊒ⴕឝタ⹹ฬޔ ⊒⴫࡮⊒ⴕᐕ᦬ޔ ㅪฬ⠪㧔↳⺧⠪฽߻㧕 -RXUQDO

3DSHU ƻ

ƻ ƻ ƻ

&RQIHUHQFH SDSHU

ƻ ƻ ƻ

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD4XDOLWDWLYHDQG4XDQWLWDWLYH$QDO\VLV RQ/DQGVOLGH,QIOXHQWLDO)DFWRUV'XULQJ:HQFKXDQ(DUWKTXDNHD&DVH6WXG\

LQ:HQFKXDQ&RXQW\(QJLQHHULQJ*HRORJ\6&,

'HSLQJ *XR 0DVDQRUL +DPDGD 2EVHUYHG 6WDELOLW\ RI 1DWXUDO DQG 5HLQIRUFHG6ORSHV'XULQJWKH:HQFKXDQ(DUWKTXDNH-RXUQDORI-DSDQ 6RFLHW\RI&LYLO(QJLQHHUV6HU$6WUXFWXUDO(QJLQHHULQJ (DUWKTXDNH (QJLQHHULQJ6(((-6&(

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD&KXDQ+H<XIHQJ:DQJ<XOLQ=RX$Q(PSLULFDO 0RGHOIRU/DQGVOLGH7UDYHO'LVWDQFH3UHGLFWLRQLQ:HQFKXDQ(DUWKTXDNH

$UHD/DQGVOLGHV6&,$FFHSWHG

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD&KRQJ;X&KXDQ+H$QDO\VLVRIWKH5HODWLRQV

%HWZHHQ6ORSH)DLOXUH'LVWULEXWLRQDQG6HLVPLF*URXQG0RWLRQ'XULQJWKH :HQFKXDQ (DUWKTXDNH 6RLO '\QDPLFV DQG (DUWKTXDNH (QJLQHHULQJ 6&,0DMRUUHYLVLRQ

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD+RQJ\X-LD,QIOXHQWLDO)DFWRUVRQ6ORSH 6WDELOLW\DQG/DQGVOLGH0RELOLW\7KH^QG,$&*(,QWHUQDWLRQDO&RQIHUHQFH RQ*HRWHFKQLFDODQG(DUWKTXDNH(QJLQHHULQJ$6&(*63,QSUHVV

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD6XVFHSWLELOLW\$QDO\VLVRQ/DQGVOLGH 7ULJJHULQJ )DFWRUV 'XULQJ WKH :HQFKXDQ (DUWKTXDNH 6HYHQWK ,QWHUQDWLRQDO&RQIHUHQFHRQ&DVH+LVWRULHVLQ*HRWHFKQLFDO(QJLQHHULQJ

&KLFDJR

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD/HVVRQV/HDUQW)URP6HLVPLF'DPDJH ,QGXFHGE\WKH:HQFKXDQ(DUWKTXDNH,QWHUQDWLRQDO&RQIHUHQFHRQ 9LEUDWLRQ6WUXFWXUDO(QJLQHHULQJDQG0HDVXUHPHQW$SSOLHG0HFKDQLFVDQG 0DWHULDOV9ROVSS(,2UDO3UHVHQWDWLRQ

(6)

㧺㨛

ᣧ

ᣧⒷ↰ᄢቇ ඳ჻㧔Ꮏቇ㧕 ቇ૏↳⺧ ⎇ⓥᬺ❣ᦠ

⒳㘃೎ 㗴ฬޔ ⊒⴫࡮⊒ⴕឝタ⹹ฬޔ ⊒⴫࡮⊒ⴕᐕ᦬ޔ ㅪฬ⠪㧔↳⺧⠪฽߻㧕

&RQIHUHQFH SDSHU ƻ

ƻ ƻ

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD/DQGVOLGH'LVWULEXWLRQ5HODWHGZLWK 6HLVPLF*URXQG0RWLRQGXULQJWKH:HQFKXDQ(DUWKTXDNH3URFRIWKH )LUVW,QWHUQDWLRQDO6\PSRVLXPRQ(DUWKTXDNH(QJLQHHULQJ-$((9RO

̢7RN\R3DUDOOHOVHVVLRQ2UDOSUHVHQWDWLRQ

'HSLQJ*XR7KHRUHWLFDO$QDO\VLVRQ'\QDPLF5HVSRQVHVRI6LQJOH 6XUIDFH 6ORSH GXULQJ (DUWKTXDNH ^WK :RUOG &RQIHUHQFH RQ (DUWKTXDNH (QJLQHHULQJ/LVERQHSRVWHU

'HSLQJ*XR0DVDQRUL+DPDGD6WDWLVWLFDO$QDO\VLVRI/DQGVOLGHV 7ULJJHUHGE\:HQFKXDQ(DUWKTXDNH^WK,QWHUQDWLRQDOVXPPHU6\PSRVLXPRI -6(&1DJR\D3DUDOOHOVHVVLRQ2UDO3UHVHQWDWLRQ

'HSLQJ *XR &KXDQ +H -LPLQ =KRX 3LQJ *HQJ 'LVFXVVLRQ RQ

$QWLXSZDUG0RYLQJ&DOFXODWLRQ0HWKRGRI6XEPDULQH6KLHOG7XQQHOGXULQJ WKH &RQVWUXFWLRQ DQG 6HUYLFH 6WDJHV 3URF RI WKH )LIWK &KLQD-DSDQ

&RQIHUHQFH RQ 6KLHOG 7XQQHOLQJ ,Q &KLQHVH ZLWK (QJOLVK DEVWUDFW

-LPLQ=KRX&KXDQ+H'HSLQJ*XR=KXQ7DQ5HVHDUFKRQ0HFKDQLFDO

%HKDYLRURI/LQLQJ6WUXFWXUH,QIOXHQFHGE\(PEHGGHG'HSWKRI6XEPDULQH 6KLHOG 7XQQHO 3URF RI WKH )LIWK &KLQD-DSDQ &RQIHUHQFH RQ 6KLHOG 7XQQHOLQJ,Q&KLQHVHZLWK(QJOLVKDEVWUDFW

ᣧⒷ↰ᄢቇᄢቇ㒮 ഃㅧℂᎿቇ⎇ⓥ⑼