本文關(guān)鍵詞：地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)23(16)：2792～279；2004年8月ChineseJournalofR；第23卷第16期；地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析；祁生文1伍法權(quán)1劉春玲2丁彥慧3；(1中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所工程地質(zhì)力學(xué)重；(2中國(guó)國(guó)土資源部航空物探遙感中心北京10008；摘要?dú)w納了地震作用下邊坡穩(wěn)定性的影響因素，把邊坡；分類號(hào)TU457，P642.

巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 23(16)：2792～2797

2004年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2004

第23卷 第16期

地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析

祁生文1 伍法權(quán)1 劉春玲2 丁彥慧3

(1中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所工程地質(zhì)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100029)

＊

3

(2中國(guó)國(guó)土資源部航空物探遙感中心 北京 100083) (北京市地震局 北京 100080)

摘要 歸納了地震作用下邊坡穩(wěn)定性的影響因素，把邊坡分為2大類7亞類，分析了邊坡在動(dòng)力作用下的可能破壞形式，，對(duì)地震邊坡的失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了探討，認(rèn)為地震邊坡的失穩(wěn)是由于地震慣性力的作用以及地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力迅速增大和累積作用這兩個(gè)方面原因造成的。對(duì)于不同的邊坡類型，導(dǎo)致邊坡動(dòng)力失穩(wěn)的主導(dǎo)因素也不同。塑性流動(dòng)失穩(wěn)破壞是由孔隙水壓力的累積作用起主導(dǎo)作用；崩塌型、層體彎折型則是地震慣性力起決定作用；對(duì)于滑動(dòng)型破壞一般是兩種因素共同作用的結(jié)果。 關(guān)鍵詞 工程地質(zhì)，地震，邊坡，穩(wěn)定性

分類號(hào) TU 457，P 642.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-6915(2004)16-2792-06

ENGINEERING GEOLOGY ANALYSIS ON STABILITY OF SLOPE

UNDER EARTHAUAKE

Qi Shengwen1，Wu Faquan1，Liu Chunling2，Ding Yanhui 3

(1Key Lab of Engineering Geomechanics，Institute of Geology and Geophysics，The Chinese Academy of Sciences，

Beijing 100029 China)

(2China Aerogeophysics and Remote Sensing Center， Beijing 100083 China)

(3Seismological Bureau of Beijing，Beijing 100080 China)

Abstract The factors influencing stability of slope under earthquake are summarized according to characteristics of seismic force. The slopes are classified into two groups and seven subgroups，and their possible failure modes under dynamic force are analyzed. At the same time，the mechanism of earthquake-induced slope instability is discussed. It is concluded that seismic inertia force and building up of excess-static pore pressure are two reasons to induce instability of slope. For different slopes，the predominant factor inducing failure will be different. Plastic flow failure is mainly induced by building up of excess-static pore pressure. Rock fall and toppling failure are mainly caused by seismic inertia force. Slide failure is induced by building up of excess-static pore pressure combined with seismic inertia force in general.

Key words engineering geology，earthquake slope，stability

1 引 言

邊坡穩(wěn)定性是邊坡研究的核心問題。由于地質(zhì)

2003年3月3日收到初稿，2003年5月29日收到修改稿。

條件的復(fù)雜性和人們認(rèn)識(shí)事物的局限性，工程地質(zhì)定性分析在邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中具有重要意義。特別對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜的巖質(zhì)高邊坡工程，地質(zhì)定性分析更有其特殊價(jià)值。地震邊坡穩(wěn)定性研究是邊坡穩(wěn)

* 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項(xiàng)目(2002CB412701)和中國(guó)青年科學(xué)基金(40302032)聯(lián)合資助課題。

作者 祁生文 簡(jiǎn)介：男，1975年生，2002年在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所獲地質(zhì)工程專業(yè)博士學(xué)位，現(xiàn)為博士后，主要從事工程地質(zhì)學(xué)和巖土體動(dòng)力學(xué)方面的研究工作。E-mail：qishengwen@mail.igcas.ac.cn。

第23卷 第16期 祁生文等. 地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析 ? 2793 ?

定性研究的重要方面，是巖土工程和地震工程中關(guān)心的重要問題之一。過去對(duì)于地震邊坡的研究，大多數(shù)著眼于邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的方法和永久位移的求取，而很少?gòu)墓こ痰刭|(zhì)的角度進(jìn)行詳細(xì)分析。

本文從工程地質(zhì)學(xué)的原理出發(fā)，結(jié)合大量前人的研究成果，歸納分析了地震作用下邊坡穩(wěn)定性的影響因素，把邊坡的工程地質(zhì)模型歸納為2大類7亞類。在此基礎(chǔ)上，提出了邊坡動(dòng)力破壞形式的確定辦法，對(duì)地震邊坡的失穩(wěn)機(jī)制進(jìn)行了探討，這對(duì)于地震邊坡的研究無(wú)疑具有重要意義。

整體強(qiáng)度較高，在動(dòng)力作用下的變形特征接近于均質(zhì)彈性體，地震期間一般不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞；對(duì)于鑲嵌結(jié)構(gòu)巖體，地震可能會(huì)造成局部的崩塌和落石，但不會(huì)造成大規(guī)模的失穩(wěn)；碎裂結(jié)構(gòu)巖體的地震反應(yīng)比較強(qiáng)烈，強(qiáng)烈的地震會(huì)導(dǎo)致碎裂結(jié)構(gòu)巖體松動(dòng)，造成大量的崩塌、落石以及小規(guī)模的滑動(dòng)；層狀結(jié)構(gòu)的巖體受層面的控制，在地震作用下可能沿層面產(chǎn)生滑動(dòng)；而對(duì)于散體結(jié)構(gòu)的邊坡，在地震作用下，不僅產(chǎn)生大量的崩塌和滑塌，而且有可能導(dǎo)致大規(guī)�；潞土骰Ｍ临|(zhì)邊坡可以看成散體結(jié)構(gòu)，在地震作用下將會(huì)產(chǎn)生大量的變形、滑塌、滑坡和流滑。 2.3 巖性組合的影響

巖性對(duì)地震滑坡的影響主要反映為不同巖性的邊坡產(chǎn)生滑坡的程度不同。由粘土、泥巖、頁(yè)巖、泥灰?guī)r以及它們的變質(zhì)巖如片巖、板巖、千枚巖組成的巖體，或由上述軟巖與一些硬巖互層組成的巖體，或由某些巖性軟弱、易風(fēng)化的巖漿巖(如凝灰?guī)r)組成的巖體具有以下特點(diǎn)：(1) 抗風(fēng)化性差、風(fēng)化產(chǎn)物中含有較多的粘性、泥質(zhì)顆粒，具有很高的親水性、膨脹性、崩解性等特征；(2) 這些地層的軟巖及其風(fēng)化產(chǎn)物一般抗剪性能差，遇水濕潤(rùn)后即產(chǎn)生表層軟化和泥化，形成很薄(n×100～n×102 mm)的粘粒層，抗剪強(qiáng)度極低(c = 0～10 kPa，? = 2°～n×10°)[3]；(3) 由于巖性、顆粒成分和礦物成分的差異，導(dǎo)致水文地質(zhì)條件的差異。細(xì)顆粒的泥質(zhì)、粘土質(zhì)軟層既是吸水層，又是相對(duì)的隔水層；(4) 在干濕交替的情況下粘土成分的高收縮性，使巖土體中裂隙迅速發(fā)生并擴(kuò)大，各種地表水很容易滲入坡體。上述這些特點(diǎn)容易導(dǎo)致滑坡的發(fā)育。通常把這類很容易發(fā)生滑坡的地層稱為“易滑地層”[4]。易滑地層不僅本身容易發(fā)生滑坡，而且它們的風(fēng)化碎屑產(chǎn)物也極易滑動(dòng)，甚至覆蓋在它們之上的外來(lái)堆積層(沖積層、洪積層等)也容易發(fā)生沿著“易滑地層”或其風(fēng)化碎屑物頂面滑動(dòng)。

不同的巖土性質(zhì)對(duì)地震的反應(yīng)不同。在一定震級(jí)下，不同土質(zhì)的最大加速度和震動(dòng)幅值都不同。根據(jù)調(diào)查研究，90%以上的滑坡產(chǎn)生在各種松散堆積中，巖石滑坡較少。應(yīng)特別注意新黃土、高靈敏度的粘土和飽水松散粉細(xì)砂層的動(dòng)力響應(yīng)。我國(guó)南北向地震帶北段黃土高原和丘陵地區(qū)，地震誘發(fā)滑坡和崩塌最多，新黃土物理性質(zhì)和水理性質(zhì)起了很大作用；在地震力作用下，高靈敏度的粘土和飽水松散粉細(xì)砂層易于產(chǎn)生觸變和液化，喪失抗剪強(qiáng)度而導(dǎo)致滑坡的發(fā)生，如唐山地震區(qū)7度以上的液化

2 地震作用下邊坡穩(wěn)定性的影響因

素分析

2.1 地質(zhì)背景的影響

邊坡所處的地質(zhì)背景主要是指邊坡所處的大地構(gòu)造單元以及區(qū)域性大斷裂的發(fā)育狀況。邊坡所處的大地構(gòu)造單元不僅決定了邊坡地質(zhì)發(fā)育史的不同，控制了邊坡巖體的地層結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度，特別決定了邊坡地質(zhì)演化過程中新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的活躍程度、邊坡可能遭遇地震的頻度與強(qiáng)度。

區(qū)域性大斷裂對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為有利和不利2個(gè)方面：有利方面是斷裂帶對(duì)地震波動(dòng)能量有屏蔽作用，從而降低了地震的作用強(qiáng)度；不利方面是區(qū)域性大斷裂往往是強(qiáng)震源之所在，同時(shí)由于斷裂帶巖體破碎，降低了邊坡的自穩(wěn)能力。邊坡究竟是受到了有利的影響還是不利的影響，則取決于邊坡所處的位置。由于斷裂帶對(duì)地震波動(dòng)能量的屏蔽作用，那些與震源分處斷裂帶兩側(cè)的邊坡所受的地震作用將降低，從而其失穩(wěn)的可能性也會(huì)減少。而那些與震源位于斷裂帶同一側(cè)的邊坡，特別是位于斷裂帶上的邊坡，其失穩(wěn)可能性會(huì)大大提高。區(qū)域性大斷裂往往控制滑坡密集發(fā)育并呈帶狀分布[1]就是這個(gè)原因。此外，區(qū)域性大斷裂等地質(zhì)構(gòu)造作為地震波的反射界面，會(huì)使與震源位于同側(cè)的邊坡受到更復(fù)雜的地震作用過程，從而大大增加了邊坡失穩(wěn)的概率。

2.2 巖體結(jié)構(gòu)類型的影響

對(duì)于巖質(zhì)邊坡來(lái)說，邊坡并不是整體一塊，而是由各種各樣的結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體2種單元組成不同的邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型。常見的結(jié)構(gòu)類型有[2]：(1) 塊狀結(jié)構(gòu)；(2) 鑲嵌結(jié)構(gòu)；(3) 碎裂結(jié)構(gòu)；(4) 層狀結(jié)構(gòu)；(5) 層狀碎裂結(jié)構(gòu)；(6) 散體結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)類型的巖體，對(duì)地震的反應(yīng)是不同的。塊狀結(jié)構(gòu)巖體，

? 2794 ? 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2004年

滑坡。

2.4 地形地貌的影響

邊坡的地形地貌條件對(duì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)在2個(gè)方面：(1) 邊坡的高度和坡度的影響；(2) 邊坡坡形的影響。前者的影響較后者大。

已有的強(qiáng)震觀測(cè)結(jié)果表明，地震動(dòng)幅值和頻譜隨地形高度而變化。國(guó)外卡格爾山山上和山腳兩點(diǎn)的強(qiáng)余震速度觀測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)，山頂上地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間顯著增長(zhǎng)，放大效應(yīng)顯著，并且位移、速度和加速度3個(gè)量的放大效應(yīng)不同[5]。高野秀夫(1973)斜坡地震效應(yīng)的觀測(cè)結(jié)果表明：(1) 斜坡上的地震烈度相對(duì)于谷底大約增加1°左右；(2) 在角度超過15°的圓錐狀山體上部點(diǎn)的位移幅值與下部點(diǎn)的位移幅值相比，其局部譜段值增加高達(dá)7倍；(3) 黃土階地的幅值比底部的約大4倍，比離開坡階邊緣25 m的水平面處約大2倍[3]。王存玉(1987)的振動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)表明：邊坡頂部對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)幅值較之邊坡底部存在明顯的放大現(xiàn)象(垂直向放大)，邊坡的邊緣部位對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)幅值較之內(nèi)部(處于同一高度上的兩點(diǎn)比較)也存在放大現(xiàn)象(水平向放大)[6]。文[7]通過大量數(shù)值模擬，也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。雖然上述資料不能給出各種地形影響的數(shù)值范圍，但所有的資料都表明了邊坡的高度對(duì)地震響應(yīng)有重大影響。 關(guān)于坡角的影響，文[3]通過對(duì)爐霍、昭通2個(gè)點(diǎn)的地震資料的統(tǒng)計(jì)分析，繪制了地震滑坡與坡角間關(guān)系圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20°以下和50°以上很少發(fā)生滑坡，絕大多數(shù)滑坡都發(fā)生在30°～50°的斜坡上，地震崩塌多發(fā)生于大于30°的斜坡上，其中以50°～70°的斜坡居多，在80°～90°的斜坡上崩塌的數(shù)量較少。這與李天池(1979)的結(jié)論基本一致[1]。

邊坡的坡形對(duì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性有很大影響。如果將邊坡的坡形分為直線坡、凸坡和凹坡3種，震后調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)，直線形的斜坡很少發(fā)生崩塌和滑坡，凹坡和凸坡則容易產(chǎn)生崩塌和滑坡，而且都發(fā)生在坡度變化點(diǎn)附近，尤以凹坡上發(fā)生滑坡和崩塌的幾率最高，這與邊坡在靜力作用下的穩(wěn)定性有很大區(qū)別。在靜力作用下，凸坡上發(fā)生滑坡的幾率高于凹坡[5，8]。

2.5 水文地質(zhì)條件的影響

水文地質(zhì)條件對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在地下水位的埋深和邊坡中地下水的補(bǔ)、徑、排條件2個(gè)方面。當(dāng)?shù)叵滤裆钶^小時(shí)，地震會(huì)造成孔隙水壓力增加及其累積效應(yīng)，由此引起邊坡產(chǎn)生永久位移，當(dāng)這種永久位移達(dá)到一定程度時(shí)，可能導(dǎo)致

邊坡失穩(wěn)。地下水的補(bǔ)、徑、排條件對(duì)地震期間孔隙水壓力的累積有重要的影響。如果地下水的排泄條件暢通，孔隙水壓力不容易累積，則對(duì)邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性影響不大；反之，則極易產(chǎn)生滑動(dòng)。

3 邊坡的工程地質(zhì)模型

邊坡工程地質(zhì)模型的確定是邊坡穩(wěn)定性包括動(dòng)力穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)。邊坡工程地質(zhì)模型確定的基本依據(jù)是邊坡的工程地質(zhì)條件。

文[9，10]對(duì)于邊坡工程地質(zhì)模型的研究具有一定的代表意義。文[10]明確提出了邊坡變形的常見5大模式：金川模式(反傾邊坡)、鹽池河模式(水平層狀上硬下軟)、葛洲壩模式(水平薄層狀軟硬相間)、白灰廠模式(水平厚層狀軟硬相間)以及塘巖光模式(順傾薄層狀結(jié)構(gòu))。這幾種模型歸納起來(lái)也就是反傾邊坡、水平層狀邊坡、順傾層狀邊坡這3種形式。對(duì)于邊坡來(lái)說，這是3種常見的邊坡工程地質(zhì)模型，但是它們代表不了邊坡工程地質(zhì)模型的全部。

在對(duì)邊坡破壞實(shí)例的分析以及前人研究工作的基礎(chǔ)上，作者把邊坡的工程地質(zhì)模型歸納為2類：(1) 有明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型；(2) 無(wú)明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型。前者包括了文[10]所提出的5種邊坡模式，同時(shí)包括了滑坡體和基巖與厚覆蓋層(風(fēng)化殼)組成的邊坡；后者主要有均質(zhì)土坡和無(wú)明顯控制性結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡。很顯然，這兩類邊坡在動(dòng)力作用下的變形穩(wěn)定性情況將會(huì)有顯著差異。

4 邊坡動(dòng)力破壞形式的確定

根據(jù)邊坡的工程地質(zhì)模型，可以確定邊坡變形破壞的形式。文[10]根據(jù)滑動(dòng)面的形態(tài)、數(shù)目、組合特征以及邊坡巖體破壞的力學(xué)性質(zhì)，將邊坡變形破壞劃分為5類，每類中又分若干亞類：(1) 曲面滑動(dòng)，又分為圓弧形滑動(dòng)和非圓弧形滑動(dòng)；(2) 平面滑動(dòng)，又分為無(wú)拉裂面平面滑動(dòng)和有拉裂面滑動(dòng)；(3) 雙平面滑動(dòng)，又分為異向雙平面滑動(dòng)和同向雙平面滑動(dòng)；(4) 多平面滑動(dòng)，又分為一般多平面滑動(dòng)和階梯狀滑動(dòng)；(5) 傾覆破壞。這5種形式實(shí)際上就是曲面滑動(dòng)、平面滑動(dòng)以及傾覆破壞3種。這種關(guān)于邊坡變形破壞形式的分類主要是針對(duì)靜力問題分析的，沒有考慮邊坡遭受動(dòng)力荷載下變形破壞的特點(diǎn)。實(shí)際上，對(duì)于某些特殊邊坡特別是壩坡和

第23卷 第16期 祁生文等. 地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析 ? 2795 ?

黃土邊坡，在動(dòng)荷作用下由于孔隙水壓力的累積作用，將會(huì)發(fā)生塑性流動(dòng)和液化流滑。文[11]在考慮了動(dòng)荷作用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將邊坡的變形破壞形式分為滑動(dòng)型、崩塌型、塑性變形破壞、層體彎折4大類，各大類之下又分若干亞類。但是，該文卻把塑性流動(dòng)和液化流滑塑性變形破壞歸納在崩塌型大類之下，這是不合適的。在文[11]的基礎(chǔ)上，作者對(duì)邊坡的變形破壞類型重新歸納為表1所示。

表1 邊坡的變形破壞類型[11]

Table 1 List of deformation and failure types of slope[11]

類 型

基本 特征

巖體結(jié) 構(gòu)條件

亞類

動(dòng)荷載作用 下的特點(diǎn)

荷載作用下的破壞形式將表現(xiàn)為滑坡體沿滑面或者覆蓋層沿基巖頂面的滑動(dòng)，而且由于孔隙水壓力的累積作用可能導(dǎo)致塑性流動(dòng)和液化流滑。

對(duì)于那些無(wú)明顯結(jié)構(gòu)面控制的邊坡，例如壩坡，在動(dòng)荷載作用下的變形破壞形式不僅有沿滑面(平面的或者圓弧形)的永久位移[13]，而且必須考慮由于孔隙水壓力的累積作用可能導(dǎo)致的塑性流動(dòng)和液化流滑。

對(duì)于那些節(jié)理裂隙發(fā)育，但沒有明顯控制性結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖質(zhì)邊坡，則需要利用空間精測(cè)線測(cè)量的方法，測(cè)量節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀，然后利用赤平極射投影的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，作出節(jié)理裂隙的極點(diǎn)圖和等密圖，判讀出該邊坡發(fā)育的節(jié)理裂隙優(yōu)勢(shì)組數(shù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)邊坡的破壞形式可分成下面4種情形進(jìn)行判斷：

(1) 結(jié)構(gòu)面在極點(diǎn)圖上近擬均勻分布，邊坡巖體結(jié)構(gòu)近乎散體結(jié)構(gòu)，這種情形下，邊坡的可能破壞形式為曲面滑動(dòng)。

(2) 只有一組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡的傾向基本一致，傾角小于邊坡角，則邊坡的可能破壞形式為平面滑動(dòng)。數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫為

φf＞φ＞? (1)

式中：φf為邊坡坡角，φ為結(jié)構(gòu)面的傾角，?為結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦角。

(3) 若干組結(jié)構(gòu)面，邊坡的破壞形式可按J. N. Mankland的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的判斷。J. N. Mankland方法是基于一個(gè)簡(jiǎn)單的破壞條件：結(jié)構(gòu)面組合交線的傾向與邊坡面一致，楔形破壞體的組合交線在坡面出露，其傾角小于坡角，結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度只考慮內(nèi)摩擦角?，認(rèn)為?小于組合交線的傾角φi時(shí)，邊坡可能發(fā)生楔形體破壞。數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫為

φf＞φi＞? (2)

式中：φi為結(jié)構(gòu)面組合交線的傾角。

(4) 一組結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的傾向與邊坡的傾向相反，則邊坡可能發(fā)生傾倒形式的破壞。

由于式(1)，(2)沒有考慮結(jié)構(gòu)面的粘聚力c，而且也沒有考慮地震慣性力及其他因素的影響，因此它只是邊坡發(fā)生平面滑動(dòng)破壞形式和楔形體滑動(dòng)破壞形式的巖體結(jié)構(gòu)條件，具體的穩(wěn)定性判斷則要進(jìn)行定量分析。在考慮以上因素的基礎(chǔ)上，作者把邊坡的工程地質(zhì)模型及其可能的變形破壞形式歸納為表2。

(1) 曲面滑動(dòng)包

滑面往往是巖括圓弧和非圓均為非蠕變型

變形破壞主要沿某滑 滑動(dòng)，可沿多平體中規(guī)模較大滑面進(jìn)行�；瑒�(dòng)后弧滑面滑動(dòng) 動(dòng) 的結(jié)構(gòu)面，特別面同時(shí)滑動(dòng)，滑

(2) 平面滑動(dòng)滑體受擾動(dòng)較小，

型 是軟弱結(jié)構(gòu)面 (包括層間錯(cuò)動(dòng)) 動(dòng)可發(fā)生于很可視為剛體

平緩的邊坡

(3) 楔形體滑動(dòng)

可能發(fā)生于任何結(jié)構(gòu)類型的

邊坡，沒有明顯(1) 落石型 的整體滑動(dòng)控(2) 松動(dòng)型 制性結(jié)構(gòu)面，但(3) 崩落型 開裂變形明顯受結(jié)構(gòu)面控制

多發(fā)生于散體邊坡或者被結(jié)

構(gòu)面嚴(yán)重切割(1) 塑性流動(dòng) 而又無(wú)明顯控(2) 液化流滑 制性滑面的碎裂結(jié)構(gòu)邊坡中

動(dòng)荷下，巖體開裂極為普遍，崩落多發(fā)生于坡度大于40°～ 50°以上的較陡斜坡中 在動(dòng)荷作用下由于孔隙水壓力的累積作用，導(dǎo)致發(fā)生塑性流動(dòng)或者液化流滑

動(dòng)荷下，可同時(shí)發(fā)生整體傾倒和局部相對(duì)彎折，且在短期內(nèi)完成。而靜荷下彎曲、傾倒等一般具有蠕變性質(zhì)。

變形破壞不是沿某崩

面滑動(dòng)，變形體受塌

到明顯的擾動(dòng)，甚型

至松散成分離狀

只產(chǎn)生較大的塑性塑

變形，無(wú)明顯滑動(dòng)性

面。變形太大時(shí)，變

可產(chǎn)生整體滑動(dòng) 形

層

發(fā)生于薄層狀

(1) 傾倒彎折 體 巖層彎曲傾倒或者

結(jié)構(gòu)、似層狀結(jié)

(2) 潰屈彎折 彎 折裂

構(gòu)邊坡中

折

根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)控制論的觀點(diǎn)，邊坡的工程地質(zhì)模型控制了邊坡變形破壞的形式[12]。對(duì)于受結(jié)構(gòu)面控制的邊坡工程地質(zhì)模型，其變形破壞形式?jīng)Q定于結(jié)構(gòu)面的形態(tài)及組合。文[6]的振動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)表明：在動(dòng)荷載作用下，順層邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為順層面的滑動(dòng)；反傾向邊坡的變形破壞形式主要表現(xiàn)為巖層的傾倒、彎曲和彎折；水平層狀邊坡則主要在頂部和斜坡面附近的巖層產(chǎn)生拉開、拉裂和層間錯(cuò)動(dòng)，首先是沿垂直于或斜交于層面的節(jié)理、裂隙等軟弱部位巖層被拉開，其次是完好的巖層被拉斷、開裂并產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)。已經(jīng)發(fā)生破壞的滑坡以及由基巖和厚覆蓋層(風(fēng)化殼)組成的邊坡，在動(dòng)

? 2796 ? 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào) 2004年

表2 邊坡的工程地質(zhì)模型及其可能的變形破壞形式 Table 2 Engineering geology modes of slopes and

possible corresponding deformation and failure types

無(wú)明顯結(jié)構(gòu)面 控制的邊坡

邊坡

無(wú)明顯結(jié)

工程

構(gòu)面控制

地質(zhì)水平

順層 反傾 滑坡 基覆界面 均質(zhì)土坡 的碎裂散

模型 層狀

體巖質(zhì)邊坡

傾倒、沿滑面滑曲面或者 邊坡曲面滑沿基覆界彎曲、動(dòng)、塑性面滑動(dòng)、平面滑動(dòng)、楔形變形層間平面

動(dòng)、塑性滑動(dòng)、彎折 流動(dòng)和液

破壞錯(cuò)動(dòng) 體滑動(dòng)、塑性流動(dòng)

和潰 化流滑 流動(dòng)和液潰屈 類型 崩塌型 液化流滑 屈 化流滑

受明顯結(jié)構(gòu)面 控制的邊坡

坡地區(qū)因坡體比較干燥，地下水位較低，地震時(shí)受地下水的影響不大，滑坡產(chǎn)生的機(jī)制主要是地震慣性力的作用。雨季或融雪時(shí)發(fā)生的地震，由于斜坡土體飽水，地下水位較高，裂隙也可能被水充滿，地震時(shí)在慣性力的作用下，孔隙水壓力將會(huì)增大和累積，導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性大幅度降低。

很多時(shí)候，邊坡在地震期間并不發(fā)生失穩(wěn)，而是在震后很長(zhǎng)一段時(shí)間才發(fā)生邊坡失穩(wěn)，通常稱之為后發(fā)型滑坡[3，14]。后發(fā)型滑坡破壞的根本原因在于強(qiáng)震過程中，由于邊坡坡肩的端部效應(yīng)，使得地震加速度在坡肩部位急劇放大，造成瞬時(shí)拉應(yīng)力，使得邊坡的坡肩一定范圍內(nèi)產(chǎn)生弧形裂縫，這種裂縫雖然沒有導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn)破壞，但它導(dǎo)致了邊坡穩(wěn)定性降低(地震的累積效應(yīng))。由于邊坡土石松動(dòng)開裂，為震后雨水的入滲創(chuàng)造了條件，從而可能導(dǎo)致邊坡地下水徑流發(fā)生變化，邊坡巖體力學(xué)參數(shù)降低，斜坡開始滑動(dòng)。這種后發(fā)型邊坡失穩(wěn)的機(jī)制可以認(rèn)為是邊坡巖體力學(xué)參數(shù)的降低、震后水的軟化作用以及孔隙水壓力共同作用的結(jié)果。

綜上所述，地震邊坡失穩(wěn)的根本原因是地震慣性力和地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力共同作用引起的。不同的邊坡破壞類型，導(dǎo)致邊坡動(dòng)力失穩(wěn)的主導(dǎo)因素也不同。一般來(lái)講，塑性流動(dòng)失穩(wěn)破壞是孔隙水壓力的累積作用起主導(dǎo)作用；崩塌型、層體彎折型則是地震慣性力起決定作用；而對(duì)于滑動(dòng)型破壞則視具體條件而定；對(duì)于后發(fā)型邊坡失穩(wěn)，則是由于地震的累積效應(yīng)導(dǎo)致邊坡巖體力學(xué)參數(shù)的降低，為后來(lái)的外地質(zhì)營(yíng)力創(chuàng)造了條件，最終導(dǎo)致了邊坡的失穩(wěn)破壞。

5 邊坡動(dòng)力失穩(wěn)機(jī)制探討

地震對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響表現(xiàn)為累積效應(yīng)和觸發(fā)效應(yīng)2個(gè)方面[5]。前者主要表現(xiàn)為地震作用引起邊坡巖體結(jié)構(gòu)松動(dòng)，破裂面、弱面錯(cuò)位和孔隙水壓力累積上升等；后者則主要表現(xiàn)為地震的作用造成邊坡中軟弱層的觸變液化以及使處于臨界狀態(tài)的邊坡瞬間失穩(wěn)。

文[8]提出了邊坡動(dòng)力失穩(wěn)機(jī)制的坡體波動(dòng)振蕩加速效應(yīng)假說。認(rèn)為自然界孕育、發(fā)生的地震所產(chǎn)生的地震波動(dòng)雖然強(qiáng)弱不同，作用不一，但對(duì)任何斜坡都有影響。當(dāng)天然斜坡處于或接近于極限平衡狀態(tài)時(shí)，地震產(chǎn)生的慣性力會(huì)激發(fā)滑坡體驟然下滑，出現(xiàn)啟程劇動(dòng)，產(chǎn)生“啟程劇發(fā)速度”，并把這種效應(yīng)稱之為坡體振蕩加速效應(yīng)。

實(shí)際上，在強(qiáng)烈的地震作用下邊坡會(huì)產(chǎn)生2種作用：(1) 地震慣性力的作用；(2) 地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力迅速增大和累積作用。這2種作用使得邊坡沿著某一滑動(dòng)面的下滑力增大，抗滑力減小。同時(shí)對(duì)于一些土質(zhì)邊坡，由于孔隙水壓力的作用而出現(xiàn)液化流滑，產(chǎn)生很大的永久位移，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。這就是說，地震慣性力的作用和地震產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力作用是導(dǎo)致邊坡動(dòng)力失穩(wěn)的根本原因，至于是這2個(gè)因素中哪個(gè)起決定作用，則視具體條件而定。

對(duì)于不同的邊坡破壞類型，導(dǎo)致邊坡動(dòng)力失穩(wěn)的主導(dǎo)因素也不同，一般來(lái)講，塑性流動(dòng)失穩(wěn)破壞是孔隙水壓力的累積作用起主導(dǎo)作用；崩塌型、層體彎折型則是地震慣性力起決定作用；而對(duì)于滑動(dòng)型破壞一般是2種因素共同作用的結(jié)果。

當(dāng)?shù)卣鹪诤导净蛟谟昙緞傞_始時(shí)發(fā)生，一般斜

6 結(jié) 論

(1) 在總結(jié)前人成果的基礎(chǔ)上，將地震作用下邊坡穩(wěn)定性影響因素歸納為邊坡所處的地質(zhì)背景、邊坡的巖體結(jié)構(gòu)類型和地層巖性組合、邊坡的地形地貌條件以及邊坡的水文地質(zhì)條件等5個(gè)方面。

(2) 從巖體結(jié)構(gòu)控制的觀點(diǎn)出發(fā)，把邊坡的工程地質(zhì)模型歸納為2類：① 有明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型，② 無(wú)明顯控制性結(jié)構(gòu)面的邊坡工程地質(zhì)模型。前者包括了水平層狀邊坡、順層邊坡、反傾邊坡，同時(shí)包括了滑坡體和由基巖與厚覆蓋層(風(fēng)化殼)組成的邊坡；后者則是主要包括均質(zhì)土坡和無(wú)明顯控制性結(jié)構(gòu)面的節(jié)理裂隙化巖質(zhì)邊坡，分析了它們?cè)诘卣饎?dòng)力作用下的破壞形式。

　

　

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