地震作用下邊坡的破壞機制及其破裂面的分析探討

■田云軍

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院新疆烏魯木齊830091）

地震作用下邊坡的破壞機制及其破裂面的分析探討

■田云軍

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院新疆烏魯木齊830091）

本文首先簡要介紹邊坡的含義和影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)部因素及外部因素，然后闡述地震通過地震波中的面波對邊坡及其他建筑物造成強大的破壞，給人類的生產(chǎn)生活造成重大損失，研究地震作用對于邊坡的破壞機制具有非常重大的現(xiàn)實意義。破裂面的類型主要為風化巖質(zhì)破裂面和土坡巖質(zhì)破裂面，描述兩者的表象特征。運用合理的理論知識科學地解釋兩種類型破裂面形成的原理和地震作用破壞邊坡的機制問題。并得出了下列結(jié)論：1）地震作用對邊坡的破壞機制：滑體的上部為拉伸破壞，下部為剪切破壞。通過上下部的共同作用，形成破裂面，造成巖體滑坡的形成；2）巖體發(fā)生滑坡現(xiàn)象不是地震作用某一時刻作用的結(jié)果，而是地震作用的長時間作用的結(jié)果；3）本文是在假設(shè)邊坡為均質(zhì)體的情況下進行的討論，而現(xiàn)實中邊坡的情況復(fù)雜多變，需要具體問題具體分析。

地震作用 邊坡 破壞機制 破裂面 滑坡

1　邊坡介紹

邊坡是指在道路、礦坑和山體等周圍，自然形成或人為建造的具有一定坡度的坡面。邊坡的穩(wěn)定性是巖土工程和地質(zhì)工程中研究的熱點和難點。影響邊坡穩(wěn)定性的因素分為內(nèi)部因素和外部因素，其中的內(nèi)部因素包括：巖土體的類型、邊坡地質(zhì)特性、邊坡的物理形態(tài)及周圍地下水的活動等；外部因素包括：外部物體的振動情況、氣候變化、植被的覆蓋情況和人類的工程活動等[1]。對于巖土工程和地質(zhì)工程而言，其中外部物體的振動是研究的主要方向。地震作用在物體震動中具有能量最大、破壞力最強和影響范圍最廣的特點。本文主要研究地震作用破壞邊坡穩(wěn)定性的相關(guān)問題。

2　地震作用破壞邊坡的現(xiàn)象及影響程度

地震作用是指由地運動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用,分水平地震作用和豎向地震作用。發(fā)生地震時，巖石圈會發(fā)生快速的顫動運動，能量通過地震波的形式向外傳播。地震波按照傳播的形式分為縱波、橫波和面波三種類型。面波是縱波和橫波的一種混合波，其波長大、振幅強，能夠沿著地面水平傳播，可以對邊坡等坡面或者其他建筑物造成大規(guī)模的破壞。地震誘發(fā)的邊坡滑動在山區(qū)和丘陵地帶危害最大[2]。汶川地震和蘆山地震作用于邊坡而造成的次生災(zāi)害，占據(jù)大比例的地震財產(chǎn)損失和人員傷亡。研究地震作用如何破壞邊坡，具有非常重要的現(xiàn)實意義[3]。

3　破裂面的類型[4]

3.1風化巖質(zhì)破裂面

汶川地震的現(xiàn)場調(diào)查表明，風化巖質(zhì)的邊坡發(fā)生滑坡時，破裂面位于風化層與基巖的分界面上。滑體上部先發(fā)生破裂，風化層與基巖逐漸分離，而下部后發(fā)生位移，隨著地震作用的深入，滑體的上部裂隙與下部裂隙逐漸連通，形成破裂面。破裂面形成后巖體失去穩(wěn)定性，導致滑坡的形成[4]。

3.2土坡巖質(zhì)破裂面

土坡巖質(zhì)破裂面上部為拉破壞，裂隙不斷向下延伸，在剪切力的作用下坡腳裂隙面不斷向上延伸，最終上下融會貫通，形成破裂面。破裂面形成后，巖體逐漸失去原有的穩(wěn)固性，在偶然的外部因素作用下，巖體發(fā)生滑坡現(xiàn)象[4]。

4　地震的破壞機制

本節(jié)將對上述兩種破裂面的形成進行理論方面的解釋，并總結(jié)出地震破壞巖體機制方面的規(guī)律特征。

4.1風化巖質(zhì)破裂面的破壞機制

在研究中為了便于分析和比較，將風化巖質(zhì)看作為彈塑性材料。地震作用開始階段，風化層上部靠近巖層分界面處發(fā)生拉剪破壞，隨著時間的推移，滑體上部拉破壞的部位呈不斷增多的趨勢。隨著地震的持續(xù)作用，拉伸作用形成的裂縫增大，潛在滑體上所有的單元發(fā)生拉破壞和剪破壞。由于作用部位主要為巖層分界面的上部，導致坡頂?shù)牧严恫粩嗉由?，滑體上部與基巖之間將完全拉開[4]。與此同時，邊坡的坡腳處在下部剪切應(yīng)力作用下也逐漸形成裂隙，所形成的裂隙在地震作用下呈不斷增大的趨勢。最終，主要由剪切作用力形成的坡腳裂隙和拉伸作用力形成的坡頂裂隙貫通，破裂面隨之形成，形成滑坡。

4.2土坡巖質(zhì)破裂面的破壞機制

在模擬研究中，可以把土坡巖質(zhì)近似看作為彈塑性材料[6]。土坡巖質(zhì)破裂面的形成，一般先從邊坡坡頂?shù)暮笱?、坡面和坡腳一定深度內(nèi)發(fā)生拉破裂，坡體的其他大部分土體單位均發(fā)生剪破裂[5]。其中有個別土體單元是拉伸作用和剪切作用共同的結(jié)果。隨著地震對于巖體的持續(xù)作用，坡頂?shù)目亢蟛糠?、坡面和坡腳在一定深度內(nèi)的拉伸破裂逐漸增大，但該部位基本無剪切作用的痕跡。地震作用持續(xù)進行，滑體逐漸發(fā)生水平方向的相對位移現(xiàn)象，但無明顯的突變。隨著過程的不斷推進，最終在上部拉伸應(yīng)力和下部剪切應(yīng)力的共同作用下，巖體裂隙上下貫通，形成破裂面，發(fā)生滑坡的現(xiàn)象。

5　結(jié)論

（1）地震作用對邊坡的破壞機制：滑體的上部為拉伸破壞，下部為剪切破壞。通過上下部的共同作用，形成破裂面，造成巖體的滑坡形成。

（2）巖體發(fā)生滑坡現(xiàn)象不是地震作用某一時刻作用的結(jié)果，而是地震作用的長時間作用的結(jié)果。

（3）本文是在假設(shè)邊坡為均質(zhì)體的情況下進行的討論，而現(xiàn)實中邊坡的情況復(fù)雜多變，需要具體問題具體分析。

[1]常中華,伍法權(quán),劉海燕等.三峽庫區(qū)奉節(jié)新縣城庫岸邊坡類型及巖體結(jié)構(gòu)特征[J].巖石力學與工程學報,2005,17(009).

[2]言志信,郭斌,賀香等.多級邊坡平臺寬度對邊坡地震動力響應(yīng)及破壞機制的影響[J].巖土力學,2012,33(2):354-358.

[3]郝建斌.地震作用下邊坡穩(wěn)定性研究進展 [J].世界地震工程,2014,30(1):145-152.

[4]鄭穎人,葉海林,黃潤秋.地震邊坡破壞機制及其破裂面的分析探討 [J].巖石力學與工程學報,2009,28(8):1714-1723.

[5]言志信,張森,張學東,段建.地震邊坡失穩(wěn)機理及穩(wěn)定性分析 [J].工程地質(zhì)學報, 2010,18(6):844-850.

[6]范漢秀.土質(zhì)邊坡地震破壞機理及穩(wěn)定性研究 [D].重慶交通大學,2012.

TV[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-435-1