云南魯?shù)镸S6.5地震紅石巖滑坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬

陳曉利　常祖峰　王　昆

1）中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100029

2）云南省地震局，昆明　650041

3）中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明　650041

云南魯?shù)镸S6.5地震紅石巖滑坡穩(wěn)定性的數(shù)值模擬

陳曉利1）常祖峰2）*王昆3）

1）中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029

2）云南省地震局，昆明650041

3）中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明650041

2014年8月3日魯?shù)镸S6.5地震觸發(fā)了大量的滑坡崩塌，其中，位于魯?shù)榭h李家山村和巧家縣紅石巖村交界處的牛欄江干流北岸的紅石巖滑坡規(guī)模巨大，與此處位于左岸的紅石巖古滑坡體的前緣部分一起堵塞了牛欄江而形成高達(dá)120m、體積達(dá)1 200×104m3的大型堰塞體。通過(guò)震后開(kāi)展的野外實(shí)地調(diào)查，獲得了紅石巖滑坡發(fā)生處的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成等資料。以這些第一手資料為基礎(chǔ)，構(gòu)建了紅石巖滑坡的邊坡模型，并應(yīng)用邊坡穩(wěn)定性分析軟件GeoStudio中Slope／W模塊分別計(jì)算了紅石巖滑坡體震前坡體安全系數(shù)和地震作用下的坡體安全系數(shù)。結(jié)果表明，紅石巖滑坡體發(fā)生處的坡體安全系數(shù)在地震前為1.450，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，而魯?shù)榈卣鸬牡卣饎?dòng)作用則使坡體的安全系數(shù)降低至0.962，直接導(dǎo)致紅石巖坡體的失穩(wěn)。文中進(jìn)一步討論了坡體滑動(dòng)面的存在與否對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響：安全系數(shù)計(jì)算的結(jié)果表明，在中強(qiáng)地震作用下，先存滑動(dòng)面的存在是導(dǎo)致大型滑坡形成的重要條件；對(duì)于高陡巖質(zhì)邊坡，如果沒(méi)有先存滑動(dòng)面，只可能形成淺表性滑坡。

魯?shù)镸S6.5地震紅石巖滑坡滑動(dòng)面安全系數(shù)數(shù)值模擬

0　引言

2014年8月3日16時(shí)30分，云南省魯?shù)榭h發(fā)生MS6.5地震，震中位置27.10°N，103.33° E，震源深度12km，宏觀震中位于魯?shù)榭h龍頭山鎮(zhèn)。此次地震波及云南、四川、貴州省等10多個(gè)市縣，極震區(qū)烈度達(dá)Ⅸ度。截止到8月8日，魯?shù)榈卣鸸苍斐?17人死亡，112人失蹤（http：∥www．cea．gov．cn／publish／dizhenj／468／553／100821／index．html）。魯?shù)镸S6.5地震發(fā)生在川滇菱形塊體東側(cè)的NE向昭通－蓮峰斷裂帶西南段（常祖峰等，2014），該斷裂帶是以擠壓逆沖為主的區(qū)域性大斷裂，構(gòu)成了大涼山次級(jí)活動(dòng)塊體與相對(duì)穩(wěn)定的華南塊體之間的邊界帶（聞學(xué)澤等，2013）。受斷層活動(dòng)影響，該地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)較強(qiáng)，巖石擠壓破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈。表層以均勻風(fēng)化為主，在斷層帶、擠壓破碎帶部位風(fēng)化作用更加明顯。地貌上，魯?shù)榈卣鹫饏^(qū)屬于云貴高原的一部分，長(zhǎng)期的強(qiáng)烈構(gòu)造抬升作用以及相伴而生的侵蝕、溶蝕等外動(dòng)力作用，使原來(lái)的準(zhǔn)平原被雕塑、改造成現(xiàn)代高山峽谷相間的山間凹地景觀。自震區(qū)東南向西北蜿蜒而過(guò)的牛欄江是中國(guó)西南地區(qū)的主要河流之一，切割深度達(dá)1 200～3 300m，形成V字型的峽谷和嶂谷。牛欄江河谷兩岸的地勢(shì)陡峻，是高陡邊坡集中的地區(qū)（Chang et al．，2015）。

震后的野外實(shí)地調(diào)查表明，魯?shù)镸S6.5地震觸發(fā)了大量的以淺表性滑坡、崩塌、滾石等為主的滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害，規(guī)模一般為數(shù)十至數(shù)萬(wàn)立方米，較為集中地分布在極震區(qū)及其周邊地區(qū)。其中，位于昭通市魯?shù)榭h李家山村和巧家縣紅石巖村交界處的牛欄江干流右岸的紅石巖滑坡規(guī)模巨大（圖1），與此處位于左岸的紅石巖古滑坡體的前緣部分一起形成高達(dá)120m、體積達(dá)1 200×104m3的大型堰塞體，堵塞了牛欄江而形成堰塞湖。堰塞湖的形成使庫(kù)區(qū)水位上漲了至少30m，水面面積為正常水位的3倍，淹沒(méi)了庫(kù)區(qū)民房，對(duì)上、下游的居民區(qū)及一些沿河而建的水電站工程造成嚴(yán)重威脅（http：∥www．cea．gov．cn／publish／dizhenj／468／553／100821／in-dex．html）。

圖1　紅石巖堰塞體全貌Fig．1　Air photo of the Hongshiyan Dam．

盡管地震觸發(fā)崩塌滑坡現(xiàn)象在中國(guó)西南地區(qū)較為常見(jiàn)（李天池，1979；Chen et al．，2012；Huang，2014），但是一個(gè)MS6.5地震就觸發(fā)了如此特大規(guī)模崩滑體的現(xiàn)象還是不多見(jiàn)的。2008年汶川地震觸發(fā)了上百個(gè)規(guī)模巨大的滑坡，其中很重要的原因是由于其高達(dá)MS8.0的震級(jí)所致（黃潤(rùn)秋等，2008；許強(qiáng)等，2010；Qi et al．，2011）。而2013年發(fā)生在龍門山斷裂帶南段的MS7.0蘆山地震，雖然觸發(fā)了大量的滑坡崩塌，但是規(guī)模均較小，多為小型滑坡崩塌（許沖等，2013；周慶等，2014；Chen et al．，2014）。已有的研究成果表明，地震滑坡的分布受到震級(jí)、地質(zhì)構(gòu)造、巖性、地形地貌等條件的影響，而作為地震滑坡的觸發(fā)因素，地震動(dòng)起到至關(guān)重要的作用，地震動(dòng)的大小與滑坡的分布范圍、規(guī)模密切相關(guān)（Harp et al．，1981；Keefer，1984；Wang et al．，2003；Meunier et al．，2007；Wang et al．，2007；黃潤(rùn)秋等，2008）。不同學(xué)者從不同的角度研究了汶川地震中大型滑坡的分布規(guī)律和形成機(jī)制，認(rèn)為除了地震動(dòng)的作用之外，特殊的地質(zhì)地貌環(huán)境對(duì)大型滑坡的形成也具有非常重要的影響（黃潤(rùn)秋等，2009；許強(qiáng)等，2010；Qi et al．，2011；Chen et al．，2012）。以大光包滑坡為例，黃潤(rùn)秋等（2014）對(duì)汶川地震觸發(fā)的最大規(guī)模的大光包滑坡進(jìn)行深入和持續(xù)的研究，認(rèn)為大光包巨型滑坡的形成是由于其經(jīng)歷了強(qiáng)烈的地面震動(dòng)（由緊鄰發(fā)震斷層的構(gòu)造位置所決定），而獨(dú)特的四周溝谷深切形成的相對(duì)孤立和自由臨空的山脊地貌，為斜坡的動(dòng)力響應(yīng)和地震動(dòng)加速度（PGA）放大效應(yīng)奠定了有利的地形條件。

文中以魯?shù)榈卣鸺t石巖滑坡實(shí)地勘察資料為基礎(chǔ)，根據(jù)震后的滑坡形態(tài)建立了一個(gè)已知滑坡面的邊坡模型，并應(yīng)用邊坡穩(wěn)定性分析軟件GeoStudio中Slope／W模塊對(duì)地震前和地震作用下的紅石巖邊坡的安全系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，探討了巖質(zhì)邊坡在地震作用下的穩(wěn)定性問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)對(duì)數(shù)值模擬初始設(shè)置中紅石巖邊坡模型有無(wú)滑動(dòng)面條件的改變，并進(jìn)一步探討了滑動(dòng)面對(duì)滑坡形成及其規(guī)模的影響。希望所獲得的認(rèn)識(shí)能夠有助于中國(guó)西南地區(qū)河岸區(qū)潛在大型滑坡崩塌體的識(shí)別，用以提高水利資源開(kāi)發(fā)時(shí)沿河水利電力工程和社區(qū)的安全性。

1　紅石巖滑坡

震后針對(duì)地震誘發(fā)滑坡崩塌進(jìn)行的野外調(diào)查表明，魯?shù)镸S6.5地震觸發(fā)的滑坡崩塌等地震次生災(zāi)害數(shù)量較多，但是除了紅石巖、天生橋以及震中區(qū)龍頭鎮(zhèn)附近出現(xiàn)的少數(shù)規(guī)模較大的崩塌滑坡外，其他的滑坡崩塌體規(guī)模均較小，以淺表性滑坡、碎屑流、滾石等為主。盡管滑坡崩塌這類邊坡破壞現(xiàn)象可以根據(jù)其物質(zhì)組成和運(yùn)動(dòng)方式等的不同而劃分為不同類型，但是很多時(shí)候滑坡崩塌類型難以明確區(qū)分，因?yàn)橐粋€(gè)邊坡破壞往往可以出現(xiàn)多種破壞形式的組合（Keefer，1984；Guzzetti et al．，1999；Highland et al．，2008）。紅石巖滑坡就是這樣：靠近滑坡源區(qū)處的破壞方式以崩塌為主，向下則表現(xiàn)出滑坡順層滑動(dòng)的特點(diǎn)。為了行文的方便，本文對(duì)紅石巖堰塞體處的崩滑體稱為紅石巖滑坡。

1.1紅石巖滑坡的幾何特征

此次魯?shù)镸S6.5地震觸發(fā)的牛欄江右岸紅石巖滑坡體的崩滑源區(qū)最高處高程為1 680m，崩塌堆積體最高處高程為1 350m，垂直滑動(dòng)距離約300m。崩滑源區(qū)的寬度達(dá)200m左右，滑坡發(fā)生后留下非常壯觀的后緣（圖2）。盡管滑坡在垂直方向上的移動(dòng)量很大，但是由于V型河谷地形條件的限制，并沒(méi)有形成汶川地震中出現(xiàn)的長(zhǎng)距離碎屑流。紅石巖滑坡體崩塌物質(zhì)都堆積在河道中，成為堰塞體的主要組成部分（圖2）。

紅石巖堰塞體向河道兩側(cè)的擴(kuò)展非常有限，順河流方向呈長(zhǎng)條狀分布。滑坡區(qū)平面投影面積為8×104m2，堰塞體壩頂高程約1 216m，壩底高程1 100m，壩體高約116m，估計(jì)總方量約1 200×104m3，屬于特大型滑坡①云南省地震工程勘察院，2014，云南省牛欄江紅石巖堰塞湖永久性整治工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告。（圖1）。

1.2紅石巖滑坡處的地形地貌

紅石巖滑坡體位于昭通市魯?shù)榭h李家山村牛欄江右岸，該河段屬構(gòu)造剝蝕、溶蝕為主的中高山峽谷區(qū)，兩岸谷深、坡陡，山體與河谷地形高差大，可達(dá)800～1 000m。基巖多裸露，左岸原地形坡度為35°～50°，近河床段坡高200～220m；右岸原地形坡度50°～60°，局部為70°以上的陡崖，近河床段邊坡高度約600m①同281頁(yè)①。這種高而陡的地形地貌使滑坡的發(fā)生具有必要的地形條件（圖2）。

圖2　紅石巖滑坡全貌Fig．2　The photograph of the Hongshiyan landslide（view toward west）．

1.3紅石巖滑坡的物質(zhì)組成和巖體結(jié)構(gòu)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，紅石巖堰塞體的滑坡堆積體物質(zhì)主要來(lái)自北岸高處（即本文所研究的紅石巖滑坡），南岸亦有老滑坡的崩滑物質(zhì)匯入。堰塞體以碎塊石為主，其成分主要為弱風(fēng)化、微風(fēng)化及新鮮的白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖。由震后紅石巖滑坡裸露的清晰后緣可以看出：坡體上部為泥盆紀(jì)白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，下部為奧陶紀(jì)砂泥巖、頁(yè)巖，邊坡巖體結(jié)構(gòu)為上硬下軟的巖質(zhì)邊坡（圖3）?，F(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果表明，紅石巖滑坡體及周邊巖體的節(jié)理、裂隙都較發(fā)育，各類巖石經(jīng)歷了不同程度的風(fēng)化作用。在紅石巖附近以砂、泥巖為主體的地段，牛欄江兩岸巖體垂直強(qiáng)風(fēng)化深度可達(dá)20～25m，水平深度左岸達(dá)20～25m，右岸達(dá)25～30m；灰?guī)r、白云巖分布地段強(qiáng)烈溶蝕風(fēng)化垂直深度20m左右，弱溶蝕風(fēng)化垂直深度60m左右①同281頁(yè)①。。強(qiáng)風(fēng)化作用為滑坡、崩塌體的發(fā)育提供了重要物質(zhì)來(lái)源。

2　紅石巖滑坡的邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬

2.1安全系數(shù)

不論是自然邊坡還是人工邊坡，其穩(wěn)定性分析都是邊坡工程研究的核心問(wèn)題，而確定具有最小安全系數(shù)（Factor of Safety，F(xiàn)s）的最危險(xiǎn)滑動(dòng)面是其中的關(guān)鍵問(wèn)題。

坡體的安全系數(shù)是通過(guò)比較阻止坡體滑動(dòng)的力量與促使坡體滑動(dòng)的力量之間的大小來(lái)獲得的，其計(jì)算涉及坡體的物質(zhì)組成及孔隙水壓力等參數(shù)，可簡(jiǎn)單地表達(dá)如下：分子表示阻止坡體滑動(dòng)的力的總和，分母表示驅(qū)使坡體滑動(dòng)的力的總和。如果阻止滑動(dòng)的力小于驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)的力，即Fs＜1，則坡體處于失穩(wěn)狀態(tài)，反之，坡體則處于穩(wěn)定狀態(tài)。圖4為安全系數(shù)法中坡體的條塊分割及受力示意圖。安全系數(shù)法自20世紀(jì)出現(xiàn)以來(lái)，在巖土邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中獲得了廣泛的應(yīng)用，它通過(guò)對(duì)邊坡潛在滑動(dòng)面的搜尋來(lái)確定出具有最小安全系數(shù)的試算滑動(dòng)面，并把該滑動(dòng)面作為最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面，從而為工程設(shè)計(jì)和邊坡防護(hù)提供指導(dǎo)（Fellenius，1936；Janbu，1954；Bishop，1960；Morgenstern et al．，1965；Fredlund et al．，1977）。

圖3　紅石巖崩滑體的巖體結(jié)構(gòu)Fig．3　Structure of the Hongshiyan landslide．

圖4　滑坡體安全系數(shù)計(jì)算的條塊分割及受力分析（引自GEO－SLOPE International Ltd，2010）Fig．4　Slice discretization and slice forces in a sliding mass（after GEO－SLOPE International Ltd，2010）．

目前，基于這樣的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)思想涌現(xiàn)出眾多的計(jì)算方法和軟件（Fellenius，1936；Janbu，1954；Bishop，1960；Morgenstern et al．，1965；Fredlund et al．，1977），本文所采用的GeoStudio軟件就是獲得廣泛應(yīng)用的邊坡穩(wěn)定性分析軟件之一。該軟件提供了多種計(jì)算安全系數(shù)的方法（GEO－SLOPE International Ltd，2010），本文計(jì)算采用的是其中的通用極限平衡方法（general limit equilibrium，GLE）。GLE是建立在2個(gè)安全系數(shù)方程基礎(chǔ)之上的計(jì)算方法：一個(gè)是關(guān)于力矩平衡的安全系數(shù)方程，另一個(gè)是關(guān)于水平力平衡的安全系數(shù)方程。該方法不僅包含了其他安全系數(shù)計(jì)算方法的重要原理，而且允許條塊間的剪切力－法向力在一定范圍內(nèi)變化。此外，它的安全系數(shù)計(jì)算也不受滑動(dòng)面形狀的限制。這些優(yōu)勢(shì)使其成為邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的核心方法（GEO－SLOPE International Ltd，2010）。

2.2模型建立

在分析紅石巖滑坡體地表形態(tài)和物質(zhì)組成等資料的基礎(chǔ)上，建立了如圖5所示的邊坡分析模型。初始條件設(shè)置中，假設(shè)邊坡有一個(gè)已知滑動(dòng)面，且該滑動(dòng)面的幾何形狀是依據(jù)實(shí)際場(chǎng)地勘測(cè)獲得。模型中的主體物質(zhì)是由實(shí)際滑坡體巖體結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成資料所確定（圖3），即由白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等組成，中間夾有相對(duì)軟弱的砂泥巖、頁(yè)巖。這兩種巖性的差異在模型中由巖石力學(xué)參數(shù)的差異所體現(xiàn)（表1）。由于紅石巖滑坡體的主滑面與牛欄江水面的距離達(dá)150多米，庫(kù)區(qū)水位的影響可以忽略，因而計(jì)算中沒(méi)有考慮地下水位的影響。

表1　邊坡巖石物理力學(xué)參數(shù)①同281頁(yè)①。Table 1　Slope material strength parameters for simulation

圖5　紅石巖滑坡體計(jì)算模型示意圖Fig．5　Sketch map of the simulation model．

2.3地震動(dòng)加載

盡管魯?shù)?.5級(jí)地震屬于中強(qiáng)地震，但震中附近的龍頭山地震臺(tái)卻記錄到了很高的地震動(dòng)加速度數(shù)值，其中NS向、EW向和垂向三分量值分別達(dá)到948.5gal、704.9gal和503.8gal①同281頁(yè)①。。魯?shù)榈卣饦O震區(qū)地震烈度為Ⅸ，紅石巖堰塞體位于極震區(qū)南部，距離震中直線距離只有10km，因而受到的地震作用也較強(qiáng)（圖6）。紅石巖滑坡處沒(méi)有地震臺(tái)站，為了獲得坡體處的地震動(dòng)參數(shù)，在不考慮場(chǎng)地條件影響下，根據(jù)目前廣泛使用的中國(guó)西部地區(qū)的地震動(dòng)加速度衰減公式（式1）②汪素云，2001，國(guó)家地震局“九五”重點(diǎn)項(xiàng)目子專題成果報(bào)告：中國(guó)分區(qū)地震動(dòng)衰減關(guān)系的確定。，對(duì)紅石巖堰塞體處的地震動(dòng)加速度值進(jìn)行了估算，得出此處的地震動(dòng)加速度值為400gal，并把此值作為計(jì)算中水平方向上的地震動(dòng)加載。

式（1）中：M地震震級(jí)；R震中距離（km）；C1～C6系數(shù)；Sa地震動(dòng)加速度。

GeoStudio中Slope／W模塊在應(yīng)用極限平衡法求安全系數(shù)時(shí)，認(rèn)為垂向地震作用對(duì)安全系數(shù)幾乎沒(méi)有影響（GEO－SLOPE International Ltd，2010）。這是因?yàn)榇怪狈较虻淖饔昧υ诟淖兎治鰧?duì)象（條塊）的重量時(shí)，對(duì)其底部的正應(yīng)力和剪切力也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變，這兩種作用的效果可以相抵消，因而整體上垂直方向的地震作用對(duì)安全系數(shù)幾乎沒(méi)有影響。因此，本文沒(méi)有進(jìn)行垂直方向上地震作用的討論，僅進(jìn)行了水平方向地震動(dòng)作用的討論。

2.4計(jì)算結(jié)果

為了探討地震作用對(duì)紅石巖滑坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)的影響，分別對(duì)無(wú)地震作用狀態(tài)和有地震作用下紅石巖邊坡的安全系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。圖6a表示的是無(wú)地震作用狀態(tài)下紅石巖滑坡體的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果，圖6b表示的是地震作用下紅石巖滑坡體的安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果，圖中黃色部分為坡體失穩(wěn)部分。從計(jì)算結(jié)果可以看出，在沒(méi)有地震作用時(shí)，該處坡體的穩(wěn)定系數(shù)為1.450，處于穩(wěn)定狀態(tài)；而加載水平地震作用400gal后，安全系數(shù)降低到0.962，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從模擬結(jié)果可以看出，地震動(dòng)作用降低了坡體的安全系數(shù)，使坡體處于失穩(wěn)狀態(tài)，因而魯?shù)榈卣饝?yīng)是紅石巖滑坡的直接誘發(fā)原因。

圖6　紅石巖滑坡體在不同狀態(tài)下的安全系數(shù)Fig．6　Fs of the Hongshiyan slope under different conditions．

3　討論

上文的計(jì)算中，把滑坡體的滑動(dòng)面設(shè)置為已知滑動(dòng)面，斜坡物質(zhì)沿該面滑動(dòng)。而實(shí)際邊坡問(wèn)題中，潛在滑動(dòng)面的幾何形狀和位置都是不確定的，須采用相應(yīng)的方法計(jì)算獲得。在滑動(dòng)面的選擇上，邊坡穩(wěn)定性分析軟件GeoStudio軟件中Slope／W模塊提供了指定滑動(dòng)面（上節(jié)計(jì)算所用）、指定范圍搜索滑動(dòng)面、自動(dòng)搜索滑動(dòng)面等多種方式（GEO－SLOPE International Ltd，2010）。為了便于對(duì)比分析有無(wú)已知滑動(dòng)面對(duì)坡體穩(wěn)定性的影響，本文計(jì)算在保持紅石巖邊坡模型大小、物質(zhì)組成等參數(shù)不變的條件下，假設(shè)紅石巖邊坡不存在已知的滑動(dòng)面，進(jìn)而選用Slope／W自動(dòng)搜索滑動(dòng)面方法對(duì)紅石巖滑坡體穩(wěn)定性的安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算也分別考慮有地震作用和無(wú)地震作用兩種狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果如圖7所示。

圖7　沒(méi)有先存滑動(dòng)面狀態(tài)下紅石巖滑坡體的安全系數(shù)Fig．7　Fs of the Hongshiyan slope without existing slip surface．

對(duì)比圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)，邊坡在有已知滑動(dòng)面（圖6）和沒(méi)有已知滑動(dòng)面（圖7）條件下，安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果存在非常顯著的差異。自動(dòng)搜索滑動(dòng)面時(shí)，坡體在沒(méi)有地震作用時(shí)的安全系數(shù)只有0.405（圖7a），處于不穩(wěn)定狀態(tài)；有水平地震作用時(shí)安全系數(shù)更是降為0.115（圖7b）。更為顯著的是，與具有已知滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果相比，自動(dòng)搜索滑動(dòng)面所獲得的不穩(wěn)定坡體規(guī)模要小得多（圖7中黃色部分），坡體失穩(wěn)的范圍非常小，只會(huì)形成一些淺表性的滑坡，滑動(dòng)面的形狀接近直線，且靠近坡底位置（圖7）。這樣的對(duì)比結(jié)果表明了已有滑動(dòng)面對(duì)形成大型深部滑坡的重要性；而沒(méi)有已知滑動(dòng)面的坡體，盡管計(jì)算獲得的安全系數(shù)小于穩(wěn)定值，但是只會(huì)發(fā)生一些淺表性的小規(guī)模邊坡失穩(wěn)，很難形成像此次紅石巖滑坡那樣規(guī)模的邊坡破壞。事實(shí)上，在紅石巖堰塞湖的野外勘察中，可以看到在牛欄江沿岸的高陡邊坡出現(xiàn)的數(shù)量眾多的淺表性滑坡（圖8），與圖7的模擬結(jié)果類似。

總體上，本文對(duì)坡體穩(wěn)定性安全系數(shù)分析所獲得的認(rèn)識(shí)與其他學(xué)者研究強(qiáng)震誘發(fā)大型滑坡的影響因素時(shí)所獲得的認(rèn)識(shí)是一致的：滑動(dòng)面的存在可能是導(dǎo)致大型滑坡形成的一個(gè)重要原因（Hermanns et al．，1999；Chen et al．，2012；Huang，2015）。Huang（2015）對(duì)汶川地震中大型滑坡形成機(jī)制的研究認(rèn)為，滑動(dòng)面的形成是邊坡演化的一部分，深大崩滑體的發(fā)生是巖石地層持續(xù)強(qiáng)烈的彎曲變形的結(jié)果。如前所述，紅石巖附近的巖體節(jié)理發(fā)育，存在風(fēng)化程度較深的裂隙，在強(qiáng)烈地震作用下，這些節(jié)理、裂隙貫通后就可能成為滑動(dòng)面，從而導(dǎo)致大型滑坡的形成。因而，紅石巖滑坡體由其特定的區(qū)域位置與地形地貌、坡體結(jié)構(gòu)等綜合因素控制，魯?shù)榈卣鹗瞧浒l(fā)生的觸發(fā)因素。

圖8　紅石巖堰塞湖附近的滑坡Fig．8　Photo of the shallow landslides along the Niulan River at the Hongshiyan dammed lake．

需要指出的是，文中采用的GeoStudio中Slope／W分析軟件存在一定的局限性：它所依賴的極限平衡公式缺少應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系來(lái)保證位移的兼容性，因而可能導(dǎo)致某些條件下分析問(wèn)題難以收斂；此外，在加載外力時(shí)，它采用擬靜力分析法來(lái)表示地震動(dòng)動(dòng)力載荷的效果，因而對(duì)地震作用下的邊坡反應(yīng)分析有一定的局限性（GEO－SLOPE International Ltd，2010）?，F(xiàn)實(shí)中的地震誘發(fā)滑坡的形成機(jī)制非常復(fù)雜，種類繁多（Huang，2014），遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是單個(gè)的力學(xué)模型可以反映和描述的。文中的計(jì)算模擬僅僅是從安全系數(shù)角度來(lái)探討紅石巖滑坡體在靜力作用下穩(wěn)定性的變化，而對(duì)其形成機(jī)制和在地震動(dòng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)等問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，還需進(jìn)行更為細(xì)致的研究。

4　結(jié)論

中國(guó)西南地區(qū)具有獨(dú)特的大地構(gòu)造環(huán)境和發(fā)育歷史，這使得高山峽谷相間的格局成為主要地貌景觀之一，即使在沒(méi)有地震的情況下，也常常發(fā)生一些滑坡和崩塌。但是在中強(qiáng)地震作用下，發(fā)生如紅石巖滑坡這樣大規(guī)模的滑坡還是需要一些特定的地質(zhì)地貌條件，并與地質(zhì)演化過(guò)程密切相關(guān)。

采用邊坡穩(wěn)定性分析軟件GeoStudio軟件中Slope／W模塊，基于極限平衡理論對(duì)紅石巖滑坡體進(jìn)行的模擬計(jì)算結(jié)果顯示，魯?shù)榈卣鹗羌t石巖滑坡的直接觸發(fā)原因；而坡體有無(wú)已知的滑動(dòng)面對(duì)坡體穩(wěn)定性及可能的滑坡規(guī)模有顯著的影響，大型滑坡的形成應(yīng)該以先存滑動(dòng)面，或地震動(dòng)中可由節(jié)理面、裂隙面貫通的滑動(dòng)面為基本條件。沒(méi)有已知滑動(dòng)面的高而陡的巖質(zhì)坡體，盡管計(jì)算獲得的安全系數(shù)小于穩(wěn)定值，也只會(huì)發(fā)生一些淺表性的規(guī)模較小的邊坡失穩(wěn)，不會(huì)形成較大規(guī)模的滑坡。

本文數(shù)值模擬主要是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度對(duì)表示紅石巖坡體穩(wěn)定性的安全系數(shù)進(jìn)行分析，而有關(guān)紅石巖滑坡體的形成機(jī)制和在地震動(dòng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)等的認(rèn)識(shí)，還需進(jìn)行更為細(xì)致的研究。

致謝非常感謝云南省地震工程勘察院在紅石巖堰塞湖野外勘查和資料共享中提供的幫助！感謝審稿人的意見(jiàn)和建議使本文得以完善。

常祖峰，周榮軍，安曉文，等，2014．昭通－魯?shù)閿嗔淹淼谒募o(jì)活動(dòng)及其構(gòu)造意義［J］．地震地質(zhì)，36（4）：1260—1279．doi：10．3969／j．issn．0253－4967．2014．04．025．

CHANG Zu-feng，ZHOU Rong-jun，AN Xiao-wen，et al．2014．Late-Quaternary activity of the Zhaotong-Ludian Fault zone and its tectonic implication［J］．Seismology and Geology，36（4）：1260—1279（in Chinese）．

黃潤(rùn)秋，李為樂(lè)．2008．“5.12”汶川大地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律研究［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，27（12）：2585—2592．

HUANG Run-qiu，LI Wei-le．2008．A study on the development and distribution rules of geohazards triggered by“5.12”Wenchuan earthquake［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，27（12）：2585—2592（in Chinese）．

黃潤(rùn)秋，裴向軍，張偉鋒，等．2009．再論大光包滑坡特征與形成機(jī)制［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，17（6）：725—736．

HUANG Run-qiu，PEI Xiang-jun，ZHANG Wei-feng，et al．2009．Further examination on characteristics and formation mechanism of Daguangbao landslide［J］．Journal of Engineering Geology，17（6）：725—736（in Chinese）．

黃潤(rùn)秋，張偉峰，裴向軍．2014．大光包滑坡工程地質(zhì)研究［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，22（4）：557—585．

HUANG Run-qiu，ZHANG Wei-feng，PEI Xiang-jun．2014．Engineering geological study on Daguangbao landslide［J］．Journal of Engineering Geology，22（4）：557—585（in Chinese）．

李天池．1979．地震與滑坡的關(guān)系及地震滑坡預(yù)測(cè)的探討（節(jié)錄）［A］．滑坡文集（二）．北京：人民鐵道出版社．

LI Tian-chi．1979．Relationship between earthquake and landslides and prediction of earthquake induced landslides［A］．Landslide Anthology（Ⅱ）．The People’s Railway Publishing House，Beijing（in Chinese）．

祁生文，伍法權(quán)，劉春玲，等．2004．地震邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，23（16）：2792—2797．

QI Sheng-wen，WU Fa-quan，LIU Chun-ling，et al．2004．Engineering geology analysis on stability of slope under earthquake［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，23（16）：2792—2797（in Chinese）．

聞學(xué)澤，杜方，易桂喜，等．2013．川滇交界東段昭通－蓮峰斷裂帶的地震危險(xiǎn)背景［J］．地球物理學(xué)報(bào)，56（10）：3361—3372．

WEN Xue-ze，DU Fang，YI Gui-xi，et al．2013．Earthquake potential of the Zhaotong-Lianfeng Fault zone of the eastern Sichuan-Yunnan border region［J］．Chinese Journal of Geophysics．56（10）：3361—3372（in Chinese）．

許強(qiáng)，李為樂(lè)．2010．汶川地震誘發(fā)大型滑坡分布規(guī)律研究［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，18（6）：818—826．

XU Qiang，LI Wei-le．2010．Distribution of large scale landslides induced by the Wenchuan earthquake［J］．Journal of Engineering Geology，18（6）：818—826（in Chinese）．

周慶，江亞風(fēng)，吳果，等．2014．蘆山地震崩滑災(zāi)害空間分析及相關(guān)問(wèn)題探討［J］．地震地質(zhì)，36（2）：344—357．doi：10．3969／j．issn．0253－4967．2014．02．006．

ZHOU Qing，JIANG Ya-feng，WU Guo，et al．2014．Distribution of coseismic landslides in Lushan earthquake and discussion on related problems［J］．Seismology and Geology，36（2）：344—357（in Chinese）．

Bishop A W，Morgenstern N．1960．Stability coefficients for earth slopes［J］．Geotechnique，10（4）：164—169．

Chang Z F，Chen X L，An X W，et al．2015．Why the 2014 Ludian，Yunnan，China MS6.5 earthquake triggered an unusually large landslide？［J］Nat Hazards Earth Syst Sci Discuss，3：367—399．doi：10．5194／nhessd－3－367—2015．

Chen X L，Zhou Q，Ran H L，et al．2012．Earthquake-triggered landslides in southwest China［J］．Nat Hazards Earth Syst Sci，12：351—363．

Chen X L，Ran H L，Yang W T．2012．Evaluation of factors controlling large earthquake-induced landslides by the Wenchuan earthquake［J］．Nat Hazards Earth Syst Sci，12：3645—3657．

Fellenius W．1936．Calculation of the stability of earth dams［A］．In：Transactions of the 2nd Congress on Large Dams，Washington D C，4：445—462．

Fredlund D G，Krahn J．1977．Comparison of slope stability methods of analysis［J］．Canadian Geotechnical Journal，14（3）：429—439．

GEO－SLOPE International Ltd．2010．Stability Modeling with SLOPE／W 2007 Version［M］．Printed in Canada．

Guzzetti F，Carrara A，Cardinali M，et al．1999．Landslide hazard evaluation：A review of current techniques and their application in a multi-scale study，Central Italy［J］．Geomorphology，31：181—216．

Harp E L，Wilson R C，Wieczorek G F．1981．Landslides from the February 4，1976，Guatemala earthquake［R］．U S Geological Survey Professional Paper，1204A．

Hermanns R L，Strecker M R．1999．Structural and lithological controls on large Quaternary rock avalanches（sturzstroms）in arid northwestern Argentina［J］．Geologicla Society of America Bulletin，111（6）：934—948．

Highland L M，Bobrowsky P．2008．The landslide handbook：A guide to understanding landslides［J］．Reston，Virginia，U S Geological Survey Circular，1325：129p．

Huang Run-qiu．2015．Understanding the mechanism of large-scale landslides［A］．In：G Lollino et al．（eds）．Engineering Geology for Society and Territory-Volume 2．Springer International Publishing Switzerland，2015．

Janbu N．1954．Applications of composite slip surfaces for stability analysis［A］．In：Proceedings of the European Conference on the Stability of Earth Slopes，Stockholm．3：39—43．

Keefer D K．1984．Landslides caused by earthquakes［J］．Geological Society of America Bulletin，95：406—421．

Meunier P，Hovius N，Haines J A．2007．Regional patterns of earthquake-triggered landslides and their relation to ground motion［J］．Geophys Res Lett，34：L20408．doi：10．1029／2007GL031337，2007．

Morgenstern N R，Price V E．1965．The analysis of the stability of general slip surfaces［J］．Geotechnique，15：79—93．

Qi S W，Xu Q，Zhang B，et al．2011．Source characteristics of long runout rock avalanches triggered by the 2008 Wenchuan earthquake，China［J］．Journal of Asian Earth Sciences，40：896—906．

Yuan R M，Xu X W，Chen G H，et al．2010．Ejection landslide at northern terminus of Beichuan rupture triggered by the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake［J］．Bulletin of the Seismological Society of America，100：2689—2699．doi：10．1785／0120090256．

Abstract

Although the landslides triggered during earthquake events are common phenomena in the southwest China，the occurrence of the Hongshiyan landslide triggered by the MS6.5 Ludian earthquake in 2014 is attractive for its giant volume which exceeds ten million cubic meters．The Hongshiyan landslide formed a quake lake and inundated a village．Based on the geological and geomophological data obtained through the immediate field investigation after the earthquake，we build the Hongshiyan slope model and at the same time，we apply numerical simulation to study the landslide formation．Result indicates that the Hongshiyan slope was at safe conditions with the Factor of safety（Fs）value greater than 1，but the ground seismic motion during the Ludian earthquake lowered its Fs to a value smaller than 1，which resulted in the occurrence of the landslide．Moreover，this study shows that an existing slip surface is important for generating a giant landslide，and steep slopes without existing slip surfaces are likely to generate shallow landslides with normal volumes．

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF HONGSHIYAN LANDSLIDE TRIGGERED BY THE MS6.5 LUDIAN EARTHQUAKE

CHEN Xiao-li1）CHANG Zu-feng2）WANG Kun3）
1）Key Lab of Active Tectonics and Volcano，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing100029，China
2）Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming650041，China
3）Power China Kunming Engineering Corporation Limited，Kunming650041，China

the MS6.5 Ludian earthquake，the Hongshiyan landslide，slip surface，F(xiàn)actor of safety（Fs），numerical simulation

P315．9

A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：0253－4967（2015）01－0279－12

10．3969／j．issn．0253－4967．2015．01．022

陳曉利，1969年生，副研究員，研究方向?yàn)榈卣鸬刭|(zhì)災(zāi)害與工程地質(zhì)，電話：010－62009056，E－mail：chenxl＠ies．a(chǎn)c．cn。

2014－10－22收稿，2015－01－12改回。

中國(guó)地震局地震行業(yè)科研專項(xiàng)（201408002）和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013CB733205）共同資助。

常祖峰，男，高級(jí)工程師，E－mail：zufch＠163.com。