地震滑坡影響因素分析

孫再鳴，袁 敬，孫 強(qiáng)

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，陜西 渭南 714000;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001;3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116;4.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)

1 地質(zhì)構(gòu)造

在地震過(guò)程中，主震和余震基本上是沿著發(fā)震主破裂帶兩側(cè)呈帶狀或鏈狀分布，由于主破裂帶兩側(cè)區(qū)域是地震影響最為強(qiáng)烈的地帶，導(dǎo)致了地震誘發(fā)的崩塌和滑坡成帶狀和鏈狀分布，即滑坡和活動(dòng)構(gòu)造斷裂在宏觀上分布表現(xiàn)為一致性。這些特點(diǎn)已經(jīng)為多個(gè)實(shí)例所證實(shí)。鄒謹(jǐn)敞等(1996)對(duì)古浪地震滑坡分析認(rèn)為，地震滑坡帶與地震破裂帶吻合。圖1為1973年?duì)t霍地震的滑坡分布情況。

圖1 爐霍地震滑坡分布

地震滑坡的分布以及滑坡的運(yùn)動(dòng)方向受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的影響。鄒謹(jǐn)敞等(1994)指出古浪大震誘發(fā)的地震滑坡的優(yōu)勢(shì)滑動(dòng)方向與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的一組剪切面方向一致。

2 地震參數(shù)

一般來(lái)說(shuō)地震震級(jí)越大，破壞程度越大，地震烈度越高，地震滑坡就越發(fā)育。辛鴻博等(1999)均認(rèn)為觸發(fā)邊坡崩滑的最小震級(jí)應(yīng)取為里氏4.7級(jí)。地震烈度與崩塌滑坡的關(guān)系可以歸納為以下3點(diǎn)(辛鴻博，1999):①地震誘發(fā)的邊坡崩塌與滑坡，主要出現(xiàn)在Ⅶ～Ⅸ度地震烈度區(qū);②邊坡地震崩滑次數(shù)的概率分布近似于正態(tài)分布，其數(shù)學(xué)期望值等于8.0，但是并不意味著位于Ⅷ度以上區(qū)域的邊坡不易崩塌，僅說(shuō)明發(fā)生在Ⅸ度及其以上區(qū)域的邊坡崩滑數(shù)量相對(duì)較少，這是因?yàn)閺?qiáng)烈地震發(fā)生的概率相對(duì)較小，同時(shí)Ⅹ度及其以上的烈度區(qū)為地震的極震區(qū)，其面積與其他烈度區(qū)的面積相比要小得多;③從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，地震引發(fā)邊坡崩滑的最小烈度為Ⅵ度。

3 巖體性質(zhì)

構(gòu)成邊坡物質(zhì)基礎(chǔ)的巖土體本身性質(zhì)的不同對(duì)地震的反應(yīng)也不同，在相同的震級(jí)下，不同巖性的邊坡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)生在各種松散的堆積層中，巖石滑坡較少(祁生文，2007)。胡廣韜等(1995)研究指出，同一烈度區(qū)，同一地點(diǎn)，巖性不同，滑坡發(fā)育程度明顯不同，大致規(guī)律為:松散堆積層 ＞河流沖積層＞人工堤壩＞基巖。

孫崇紹等(1997)指出我國(guó)地震引起的崩塌、滑坡主要集中在南北地震帶上，秦嶺以北以黃土滑坡為主，黃土地區(qū)為地震引起的滑坡危害最重的區(qū)域;秦嶺以南以陡坡崩塌為主。黃土地區(qū)在地震作用下易于發(fā)生滑坡與其物理性質(zhì)和水理性質(zhì)有很大關(guān)系，造成秦嶺南北的差異的原因除了與地質(zhì)構(gòu)造、地理環(huán)境、地形地貌有關(guān)外，巖性的差異也是很重要的一個(gè)因素。地震力作用下，高靈敏度的黏土和飽水松散粉細(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(祁生文，2007)。巖體結(jié)構(gòu)特性對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響是制約性的。在地震條件下，碎裂結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)、松散體結(jié)構(gòu)類型的邊坡比完整巖體更易于發(fā)生失穩(wěn)。

4 地形地貌

地形地貌條件對(duì)地震滑坡的發(fā)生有著顯著的影響。在區(qū)域地形地貌上，孤立突出的山體斜坡易于使山體共振，同時(shí)地震波在山體內(nèi)發(fā)生多次反射、折射從而對(duì)斜坡的地表位移、速度、加速度起到了明顯放大作用。斜坡本身的坡度與高度以及坡體形態(tài)對(duì)其穩(wěn)定性也有很大影響，其中坡度與高度的影響更為顯著。1975年海城地震時(shí)，在營(yíng)口縣盤龍山收到三次較強(qiáng)余震的加速度記錄，山頂與山腳兩個(gè)強(qiáng)震儀的高差為58 m(胡廣韜，1995)。孫崇紹(1990)指出，在遠(yuǎn)、近地震作用下，不同階地上的場(chǎng)地條件的反應(yīng)譜有著較大的差別，且遠(yuǎn)震作用下更為顯著。

一般說(shuō)來(lái)，地形坡度越陡越易于崩塌、滑坡的發(fā)生。單就斜坡而言，在一定的場(chǎng)地條件下，存在著一個(gè)易于觸發(fā)崩滑的角度范圍，如1973年?duì)t霍地震的滑坡多發(fā)生在30°～50°的坡地上，1974年昭通地震為35°～45°，1996 年麗江地震為 25°～45°(李忠生，2004;祁生文2007)。在此基礎(chǔ)上，綜合其他地震資料，李忠生指出，我國(guó)西南地區(qū)最容易觸發(fā)滑坡的角度范圍為35°～45°。需要說(shuō)明的是，根據(jù) Byerlee的研究，當(dāng)巖石沿某一滑動(dòng)面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)正應(yīng)力σ與剪應(yīng)力τ之間滿足下列關(guān)系(陳颙，黃庭芳，2001):

式中，內(nèi)摩擦角分別為31.0°～40.4°。若將巖體結(jié)構(gòu)等因素考慮進(jìn)去，因此，Byerlee所指出的內(nèi)摩擦角范圍與斜坡在地震下的滑動(dòng)角度范圍大致相近。

在我國(guó)黃土地區(qū)，地震誘發(fā)滑坡的坡度相比西南地區(qū)要低緩得多。陳永明等(2005)調(diào)查統(tǒng)計(jì)指出，黃土地區(qū)地震滑坡優(yōu)勢(shì)坡角為10°～35°，而且大型滑坡原始地形坡角多在20°以下。姚清林(2007)指出，黃土梁地震滑坡發(fā)育坡度為10°～30°，塬邊地震滑坡坡角為3°～18°，溜滑的最小坡度只有2.3°。黃土地區(qū)地震滑坡角較低可歸結(jié)為兩個(gè)原因:①由于黃土本身的物理力學(xué)性質(zhì)較巖石為差，地震力作用下容易解體從而失穩(wěn);②地下水在黃土地震滑坡的發(fā)生中起著重要作用，一方面弱化了黃土的力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)可能發(fā)生地震液化，引起大規(guī)模的黃土滑坡。

邊坡的坡形對(duì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性有很大影響。震后調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)，直線坡很少發(fā)生崩塌和滑坡，凹坡和凸坡則容易產(chǎn)生崩塌和滑坡，尤以凹坡上發(fā)生的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(祁生文，2007)。地震條件下，凸坡和凹坡易于發(fā)生失穩(wěn)與地震波的作用密切相關(guān)。在坡度變化點(diǎn)附近，地震波的能量會(huì)發(fā)生集中，其受到的破壞程度會(huì)得到加劇，凹坡往往為周邊的溝谷或陡壁斜坡豎向切割所形成的地形，與周圍環(huán)境之間為不連續(xù)的介質(zhì)，這造成地震波在坡體中傳播時(shí)具有反射作用，從而導(dǎo)致在坡體中產(chǎn)生了聚能作用，如圖2(王家鼎，2001)。

圖2 特殊地形地表面的聚能作用

5 水文地質(zhì)條件

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地下水的補(bǔ)、徑、排條件兩個(gè)方面(祁生文，2007)。筆者認(rèn)為地震作用下地下水對(duì)邊坡的影響可以劃分三種作用。

1)物理作用 改變坡體的孔隙度、裂隙度，修改坡體的形狀，主要體現(xiàn)為地震作用引起孔隙水壓力上升，導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生變形，使得原有裂隙進(jìn)一步擴(kuò)張，以致使地下水從坡體中流出，進(jìn)而改變坡腳和坡面的形態(tài)，使得坡體臨空面增大。

2)化學(xué)作用 改變坡體物質(zhì)的性質(zhì)，地下水壓力的增加會(huì)加劇滑面物質(zhì)的水解、溶解和碳酸化等作用，改變巖土體的礦物成分。

3)力學(xué)作用 地震作用產(chǎn)生的附加荷載導(dǎo)致坡體內(nèi)動(dòng)、靜水壓力的增加，在弱化坡體的強(qiáng)度參數(shù)、減小抗滑力的同時(shí)增加了下滑力。地震條件下，物理、化學(xué)和力學(xué)三種作用相互制約和影響。

6 地震滑坡類型

大多數(shù)滑坡分類依據(jù)于地貌、物質(zhì)、觸發(fā)機(jī)理或其他標(biāo)準(zhǔn)(李忠生，2004)。例如，周本剛等(1994)根據(jù)我國(guó)西南地區(qū)的地震滑坡特點(diǎn)，將地震滑坡按其運(yùn)動(dòng)方式劃分為推移式滑坡、牽引式滑坡、溜滑性滑坡和崩塌性滑坡四大類。

地震滑坡按其發(fā)生時(shí)間可以分為兩類:①同發(fā)型，在地震發(fā)生時(shí)邊坡就失穩(wěn);②滯后型，地震破壞了邊坡的原始結(jié)構(gòu)，在震后一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生滑坡，其與邊坡的巖土類型、地形地貌、地下水環(huán)境條件密切相關(guān)，是一種潛在的隱患性極大的災(zāi)難，這是由于人們往往忽視了它的存在所造成的。我國(guó)地震滑坡區(qū)域很廣，特別是我國(guó)西部和西南部山區(qū)，每發(fā)生一次大震，均產(chǎn)生地震滑坡，同時(shí)，在離震中一定距離內(nèi)產(chǎn)生大量隱伏的地震滯后滑坡(李樹(shù)德等，2001)。

筆者認(rèn)為可依據(jù)失穩(wěn)的坡角將地震滑坡大致分為3種類型:陡坡型、中緩型、低緩型。

1)陡坡型(≥30°)。在地震誘發(fā)的所有滑坡中，這種類型就占了絕大多數(shù)，在陡坡型滑坡中，碎裂巖體(或堆積體)往往沿著結(jié)構(gòu)面或巖土層與基巖接觸面滑動(dòng)，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)土層與一部分基巖風(fēng)化層一起滑動(dòng)。此外還可能表現(xiàn)為巖體(巖塊)沿著某一節(jié)理面塌落或發(fā)生傾覆。在地震作用下的陡坡型破壞常表現(xiàn)為平移、旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)、塌落和傾覆等。

2)中緩型(10°～30°)。中緩坡型多為堆積層和土質(zhì)坡，在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)受到地震荷載的作用后，受到較大的切向加速度的影響，發(fā)生失穩(wěn)，同時(shí)由于坡體結(jié)構(gòu)較為松散，容易發(fā)生解體滑動(dòng)。這種類型滑坡的發(fā)生主要體現(xiàn)在加強(qiáng)了原有滑動(dòng)破壞路徑，即地震的影響主要體現(xiàn)在對(duì)滑動(dòng)面的弱化上。

3)低緩型(≤10°)。低緩坡型是指滑坡的坡度較小，往往沿著某一特定的滑動(dòng)面發(fā)生。這種類型滑坡相比陡坡型破壞要發(fā)生得少。規(guī)模通常很大并造成巨大的破壞。而此類邊坡的變形和滑動(dòng)往往是很緩慢的，使居住在坡體上和坡腳下的人們產(chǎn)生安全錯(cuò)覺(jué)，這也是導(dǎo)致低緩坡型成為最具有破壞性滑坡的原因。同時(shí)，這種緩坡型可以認(rèn)為往往在水文結(jié)構(gòu)上為匯水型，坡體內(nèi)含有大量的水分，在地震作用下，地下水孔隙壓力驟然上升，出現(xiàn)承壓情況，當(dāng)承壓水的壓力超過(guò)坡體承受能力時(shí)，坡腳部位抗滑動(dòng)能力喪失，進(jìn)而致使坡體變形急劇增加，以致于坡體整體性的突然失穩(wěn)。這種類型的滑坡多見(jiàn)于黃土地區(qū)。

此外，當(dāng)人為在坡體上修建構(gòu)筑物，在構(gòu)筑物和自然邊坡之間形成一個(gè)人為的接觸面。在地震荷載作用下，由于人為接觸面兩層物體差異性較大，使其起到了滑動(dòng)面的作用，從而誘發(fā)坡體及其上部建筑物的失穩(wěn)破壞。

7 結(jié)論

地震滑坡的發(fā)生是在一定的地質(zhì)環(huán)境條件和地震動(dòng)力作用下發(fā)生的，本文對(duì)影響邊坡的主要因素進(jìn)行了歸納分析，并按邊坡坡度提出了分類建議。

［1］鄒謹(jǐn)敞，邵順妹.海原地震滑坡及其分布特征探討［J］.內(nèi)陸地震，1996，10(1):1-6.

［2］周本剛，張?jiān)Ｃ?中國(guó)西南地區(qū)地震滑坡的基本特征［J］.西北地震學(xué)報(bào)，1994，16(1):95-103.

［3］李忠生.國(guó)內(nèi)外地震滑坡災(zāi)害研究綜述［J］.災(zāi)害學(xué)，2004，18(4):64-70.

［4］許沖，戴福初，姚鑫.汶川地震誘發(fā)滑坡災(zāi)害的數(shù)量與面積［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2009，27(11):79-81.

［5］殷躍平.汶川八級(jí)地震滑坡特征分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，17(1):29-38.

［6］鄒謹(jǐn)敞，邵順妹，蔣榮發(fā).古浪地震滑坡的分布規(guī)律和構(gòu)造意義［J］.中國(guó)地震，1994，10(2):168-174.

［7］鄒謹(jǐn)敞，邵順妹.古浪地震滑坡及其與斷裂帶的關(guān)系［J］.西北地震學(xué)報(bào)，1994，16(3):60-65.

［8］辛鴻博，王余慶.巖土邊坡地震崩滑及其初判準(zhǔn)則［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21(5):591-594.

［9］祁生文，伍法權(quán)，嚴(yán)福章，等.巖質(zhì)邊坡動(dòng)力反應(yīng)分析［M］北京:科學(xué)出版社，2007.

［10］胡廣韜.滑坡動(dòng)力學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，1995.

［11］孫崇紹，蔡紅衛(wèi).我國(guó)歷史地震時(shí)滑坡崩塌的發(fā)育及分布特征［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，1997，6(1):25-30.

［12］孫崇紹.場(chǎng)地條件影響的不確定性和震前預(yù)測(cè)地震災(zāi)害的必要性［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，1990，2(1):1-7.

［13］孫崇紹.特大地震的震害特征［J］.西北地震學(xué)報(bào)，1993，15(2):64-70.

［14］陳颙，黃庭芳.巖石物理學(xué)［M］.北京:地質(zhì)出版社，2001

［15］陳永明，石玉成，劉紅玫，等.黃土地區(qū)地震滑坡的分布特征及其影響因素分析［J］.中國(guó)地震，2005，21(2):235-243.

［16］姚文波，劉文兆，侯甬堅(jiān).汶川大地震隴東黃土高原崩塌滑坡的調(diào)查分析［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(12):5917-5926.

［17］王家鼎，張倬元.地震誘發(fā)高速黃土滑坡的機(jī)理研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21(6):670-674.

［18］王家鼎，白銘學(xué)，肖樹(shù)芳.強(qiáng)震作用下低角度黃土斜坡滑移的復(fù)合機(jī)理研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23(4):445-449.

［19］周慶，周本剛，冉洪流.不同土質(zhì)條件下斷層地表破裂對(duì)比研究［J］.震災(zāi)防御技術(shù)，2006，1(3):225-233.

［20］李樹(shù)德，任秀生，岳升陽(yáng)，等.地震滑坡研究［J］.水土保持研究，2001，8(2):24-25.