中國巖土地震工程與土動力學(xué)研究進展與實踐

王蘭民

引言

巖土地震工程與土動力學(xué)是地震災(zāi)害預(yù)防和建設(shè)工程抗震設(shè)防的重要支撐學(xué)科領(lǐng)域。其中，巖土地震工程學(xué)是研究與巖土工程有關(guān)的地震工程問題的學(xué)科，也是巖土工程與地震工程、土動力學(xué)交叉而形成的一個新興學(xué)科，主要研究內(nèi)容包括在地震作用下土體的變形與強度特性，場地、地基和土工結(jié)構(gòu)物的變形與穩(wěn)定性問題。而土動力學(xué)是研究動力荷載作用下土的動力特性、場地動力響應(yīng)和場地液化、震陷、滑坡等問題的學(xué)科。它是土動力學(xué)與振動工程、地震學(xué)、工程地震學(xué)等交叉而形成的學(xué)科。巖土地震工程與土動力學(xué)在研究內(nèi)容上各有側(cè)重，也有交叉融合，在發(fā)展過程中相互支撐促進。因此，本文將兩者融合在一起綜述介紹。

土動力學(xué)的發(fā)展早于巖土地震工程，在20世紀(jì)30年代，隨著機器制造業(yè)和交通運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對地基、路基在動力機器、運輸車輛等振動作用下土的動力特性開展了研究，形成了土動力學(xué)的第一發(fā)展階段；第二次世界大戰(zhàn)之后，隨著原子能工業(yè)的發(fā)展和冷戰(zhàn)帶來的軍備競賽，促使人們對核爆、爆炸作用下土動力學(xué)問題的研究，成為土動力學(xué)第二發(fā)展階段；20世紀(jì)60年代以來，頻繁的地震活動所引起的斷層錯動、地表破裂、滑坡、地基震陷、砂土液化等嚴重災(zāi)害，造成上部結(jié)構(gòu)的倒塌、斷裂、裂縫、被埋、滑動、沉陷等，因此，人們又重點開展了地震作用下土動力學(xué)的研究，土動力學(xué)進入了第三發(fā)展階段。巖土地震工程這門學(xué)科形成較晚，在20世紀(jì)60年代逐漸形成一個完整的體系。在土動力學(xué)發(fā)展的第三階段，巖土地震工程才開始得到了全面的發(fā)展，在土動力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，從巖土工程抗震的角度出發(fā)，研究地基基礎(chǔ)、路基、邊坡、大壩、河堤、近海工程等地震穩(wěn)定性評價和抗震設(shè)計的理論與技術(shù)。

我國學(xué)者利用現(xiàn)代科學(xué)知識與方法研究分析巖土地震工程和土動力學(xué)問題，最早始于翁文灝、謝家榮等六人于1921年對1920年海原8.5級地震震害的現(xiàn)場調(diào)查。他們通過對災(zāi)區(qū)的現(xiàn)場考察，調(diào)查了地震宏觀現(xiàn)象，分析了地震成因和活動規(guī)律，考察了災(zāi)情，繪制了地震烈度分布圖，其中，對地震引發(fā)大規(guī)模黃土地震滑坡的特征與分布所進行的調(diào)查成為確定地震烈度分布的重要依據(jù)之一。20世紀(jì)50年代，我國土動力學(xué)研究獲得了較大發(fā)展，錢家歡、姜樸、張有齡等專家學(xué)者對振動作用下土的動力特性與動力機器基礎(chǔ)的研究與實踐，滿足了“一五”和“二五”期間大中型工業(yè)建設(shè)項目的需求。同時，張有齡先生借鑒國外經(jīng)驗，編著的《動力基礎(chǔ)的設(shè)計原理》（1959），形成了我國以“質(zhì)—阻—彈簧模式”為基礎(chǔ)的動力機器設(shè)計規(guī)范。50年代末，在黃文熙的倡議下，汪聞韶主持研制了國內(nèi)第一臺振動三軸儀（慣性力振動三軸儀），并首先應(yīng)用于大賚水庫、西克爾水庫、岳城水庫、映秀灣電站、昌馬水庫、神頭電廠等土壩和地基砂土地震液化試驗研究。20世紀(jì)50—60年代，我國大興水利和水電建設(shè)，開始研究砂土地震液化問題。黃文熙、汪聞韶等先驅(qū)采用過臨界孔隙比、圓筒振動液化試驗和現(xiàn)場爆炸液化試驗等方法，判別其液化度，提出工程處理的技術(shù)措施。20世紀(jì)60年代（或改為“同時期”），出于國防和工業(yè)建設(shè)與生產(chǎn)需求，我國也開始了核爆和爆炸等沖擊荷載作用下的土體變形、破壞效應(yīng)、土工防護技術(shù)、礦山爆破地震動效應(yīng)與安全藥量設(shè)計等問題的研究，為國防建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展提供了重要的科技支撐。70年代后，我國針對地震荷載作用開展了全面的土動力學(xué)和巖土地震工程研究，形成了較為完善的巖土工程抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系，相關(guān)重大工程經(jīng)受了強震的考驗，取得了顯著的防震減災(zāi)實效。

自1971年中國地震局（原名國家地震局，1998年更為現(xiàn)名，本文統(tǒng)稱為中國地震局）成立以來，我國在巖土地震工程與土動力學(xué)領(lǐng)域取得了全面、系統(tǒng)、長足的發(fā)展，為保障我國人民生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮了重大的作用。本文將重點介紹近50年來，我國在巖土地震災(zāi)害機理與預(yù)測預(yù)防、土的動力特性、場地地震反應(yīng)計算與場地效應(yīng)、城市地震小區(qū)劃、重大工程地震安全性評價、特殊土地震工程與動力學(xué)、巖土工程抗震設(shè)計等方面的主要研究進展與工程實踐。針對國家防震減災(zāi)需求，展望巖土地震工程和土動力學(xué)的發(fā)展方向。

砂土液化特性、評價與加固方法

砂土液化是巖土地震工程與土動力學(xué)最主要的研究領(lǐng)域之一，自上世紀(jì)70年代以來，我國從國家重大工程建設(shè)需求出發(fā)，對砂土液化機理、特性、評價方法和抗液化地基、壩體加固方法開展了長期全面的研究，并進行了大量的工程實踐，形成了我國的相關(guān)工程技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，有效地降低了液化災(zāi)害風(fēng)險。

（一）震害調(diào)查總結(jié)與滿足國家建設(shè)急需階段

20世紀(jì)60—70年代，我國發(fā)生了多次大震，包括眾所周知的1966年邢臺7.2級地震、1970年通海7.7級地震、1975年海城7.3級地震和1976年唐山7.8級地震，中國地震局和中國建筑科學(xué)研究院先后組織了一系列科學(xué)考察和研究，在巖土地震災(zāi)害、場地條件對震害和地震動的影響方面積累了豐富翔實的寶貴資料，取得了重要的科學(xué)認識。主要結(jié)論包括（胡聿賢，1988；陶夏新，2000）：（1）基巖場地的地震動幅值小、持時短、震害輕；（2）地基土層對地震動的譜形狀有明顯影響，軟且厚的土層地基上地震動周期較??；（3）非發(fā)震斷層對震害無明顯影響；（4）局部地形對震害的影響顯著；（5）砂土液化與震害有明顯關(guān)系；（6）地基失效引起的震害與地震慣性力引起的破壞需區(qū)別對待，前者可通過場地選擇或地基處理進行預(yù)防，后者需加強上部結(jié)構(gòu)，提高強度，減少變形進行抗御。其中對唐山大地震的震害考察和研究（方鴻琪，1981；王鐘琦，1983），涉及到地震斷裂、地震砂土液化、地面運動、震害分析等方面，結(jié)合唐山市震后重建，深入分析了各種震害效應(yīng)的形成機制和分布規(guī)律，提出了各種場地條件下的工程抗震原則和地基處理措施。王鐘琦、謝君斐、石兆吉等出版的《地震工程地質(zhì)導(dǎo)論》（1983）是上述震害考察研究的重要理論成果。這些成果對我國抗震設(shè)計規(guī)范中關(guān)于場地評價和設(shè)計地震動的規(guī)定產(chǎn)生了重要影響。

1964年發(fā)生的美國阿拉斯加8.4級地震和日本新潟7.5級地震均引起大面積砂土液化、地震滑移，導(dǎo)致建筑物、道路、橋梁等工程設(shè)施嚴重破壞，加之我國20世紀(jì)60—70年代大震也引發(fā)了大量砂土液化震害（圖1）。這些震害實例促使我國重視了對砂土液化的全面研究。

圖1 地震引起砂土液化造成建筑物傾倒、橋梁破壞

1972年起，汪聞韶結(jié)合山西神頭電廠地基飽和土層地震作用下穩(wěn)定性研究，從安全角度考慮，于1984年首次提出了“初始極限平衡”的試樣破壞標(biāo)準(zhǔn)、“地震總應(yīng)力抗剪強度”概念和考慮上層建筑物荷載影響的“地震總應(yīng)力抗剪強度”地基地震穩(wěn)定性分析方法，發(fā)表在《在某電廠地基飽和砂性土地震穩(wěn)定性試驗中提出的原理和方法》一文中。這些概念和方法被應(yīng)用于我國許多土石壩的抗震計算中，并被列入國家標(biāo)準(zhǔn)《地基動力特性測試規(guī)范》（GB/T50269—97）。土的液化機理及其與極限平衡和破壞間的關(guān)系，曾是長期困擾土工抗震界的問題。對此，汪聞韶于1980年和1981年分別發(fā)表《往返荷載下飽和砂土的強度、液化和破壞問題》和《土的液化機理》論文進行闡述，后又在其專著《土的動力強度和液化特性》中進行系統(tǒng)論述，澄清土體液化與極限平衡和破壞的區(qū)別，指出三者各有不同的判別準(zhǔn)則，不能混為一談，并提出了防止土體液化破壞的原則和方法。1982年，汪聞韶首先提出利用剪切波速判別地基飽和砂層地震液化可能性的初判方法，并應(yīng)用在山東龍口電廠地基的液化可能性評價中，其成果于1984年發(fā)表在《關(guān)于飽和砂土液化機理和判別方法的某些探討》論文中。經(jīng)過多年應(yīng)用，該方法被國家標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287—1999）采用，對于減少勘測和試驗工作量、節(jié)省投資，有重大的工程意義。

（二）引進借鑒，研究制定標(biāo)準(zhǔn)階段

20世紀(jì)80年代，劉穎、謝君斐等對飽和砂土液化的機理、影響因素、水平地面下砂土液化可能性估計方法、砂土液化對土壩地震穩(wěn)定性的影響、砂土液化的預(yù)防措施、地震剪應(yīng)力計算程序等方面開展了系統(tǒng)研究，并于1984年編著出版了《砂土震動液化》專著，為砂土液化可能性與影響評估、砂土液化工程預(yù)防提供了系統(tǒng)解決方案。石兆吉、郁壽松、王余慶等（1980—1984）根據(jù)海城地震、唐山地震液化現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，通過室內(nèi)振動三軸試驗證實了輕亞粘土液化的可能性，提出了基于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)的飽和輕亞粘土液化判別公式。石兆吉、王承春等（1984）還提出了基于剪切波速的粉土液化判別公式。這些液化判別方法為相關(guān)工程抗震設(shè)計規(guī)范的制定與修訂提供了重要的科學(xué)依據(jù)。同時，也為重大工程場地液化判別提供了多種科學(xué)方法。

1982年，沈珠江提出了砂土動力液化變形的二維有效應(yīng)力分析方法，用于分析堤壩、岸坡、擋土墻等工程的液化變形計算分析。1987年，謝定義、巫志輝等研究了不規(guī)則動荷脈沖波對砂土液化特性的影響，發(fā)現(xiàn)不規(guī)則動荷脈沖波下飽和砂土的液化特性與等幅諧波下有顯著不同，不規(guī)則動荷脈沖波中不同波幅作用的順序?qū)ν翍?yīng)變和孔壓的發(fā)展都顯示出復(fù)雜的影響，而振動型和沖擊型兩種基本波型的劃分可較好反映波序主要特征的作用，檢驗表明，Seed簡化法適用于沖擊型不規(guī)則動荷載下的液化判別；Ishihara判別法適用于振動型不規(guī)則動荷載下的液化判別。從而使砂土液化判別更加精細化。

20世紀(jì)90年代，謝定義、張建民等（1994）研究了飽和砂土動力特性的瞬態(tài)變化機理。從瞬態(tài)動力學(xué)角度研究了飽和砂土的動變形—強度規(guī)律及其變化的瞬態(tài)機理,并以有效應(yīng)力變化所確定的土性物態(tài)變化為主線,建立了瞬態(tài)孔壓的物理模型與動應(yīng)力應(yīng)變的瞬態(tài)模量場模型,分析了動強度與液化特性,提出了一系列新的見解。1996年，汪聞韶出版《土的動力強度和液化特性》專著，對砂土液化和土的動力特性研究成果進行了系統(tǒng)總結(jié)，特別澄清了土體液化與極限平衡和破壞的區(qū)別。沈珠江（1998）研究了復(fù)雜荷載下砂土液化變形的結(jié)構(gòu)性模型，對砂土變形的微觀機理進行考察，解釋了流動、硬化和剪脹的物理機制，在此基礎(chǔ)上提出了一個與傳統(tǒng)彈塑性模型不同的本構(gòu)模型。同時，液化地基處理與檢測研究方面取得了許多重要進展。吳世明、陳云敏、黃茂松、陳龍珠、周健等（1992—1994）結(jié)合工程實例，研究了振動擠密砂樁、振沖碎石樁對飽和粉土、飽和粉砂地基地震液化的加固效果，提出了相關(guān)分析方法和剪切波速檢測方法，取得了對實際工程具有較大應(yīng)用價值的研究成果。門福祿、崔杰、景立平、陳文化等（1998）提出了砂土液化的概率和模糊概率判別法，該方法可計算考慮剪切波速隨機性和液化及液化等級模糊性的場地液化和液化危害性的發(fā)生概率。并開展了有建筑物存在的飽和砂土地基液化振動臺模擬試驗研究，提出了建筑物飽和砂地基液化判別的簡化分析方法。王蘭民、張振中、王峻、李蘭等（1997）通過現(xiàn)場調(diào)查和室內(nèi)動三軸試驗，提出了飽和黃土液化的機理和基于動三軸試驗的預(yù)測方法。

（三）研發(fā)創(chuàng)新，創(chuàng)建理論與改進標(biāo)準(zhǔn)階段

進入21世紀(jì)以來，砂土液化研究取得了大量的創(chuàng)新進展，主要體現(xiàn)在液化土體大變形、大型模型試驗、礫砂液化、黃土液化、海底土液化、珊瑚砂液化、液化風(fēng)險評估方法等方面。

羅戰(zhàn)友、龔曉南等（2002）分析了砂土液化的主要影響因素,建立了砂土液化的灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)分析模型,運用所建立的模型對具體的砂土液化類型進行了判定,評價結(jié)果與實際相符合。張建民、王剛等（2006）研究了砂土液化后大變形的機理，基于試驗觀察和機理分析,揭示了不排水往返加載條件下飽和砂土初始液化后的剪切大應(yīng)變和三個體積應(yīng)變分量（有效球應(yīng)力變化引起的體變、可逆性剪切體變和不可逆性剪切體變）之間的內(nèi)在聯(lián)系,闡明了三個體積應(yīng)變分量的組合變化規(guī)律控制了飽和砂土液化后大變形的產(chǎn)生和發(fā)展,界定了液化后循環(huán)剪切大變形過程中交替出現(xiàn)的三種物態(tài)（摩擦接觸狀態(tài)、臨界接觸狀態(tài)和懸浮狀態(tài)）及其產(chǎn)生條件,解釋了液化后流滑和再固結(jié)體變形成的機理,給出了一個物理概念明確并具有普遍性的建立液化后大變形彈塑性本構(gòu)模型的合理途徑。陳育民、劉漢龍等（2009）試驗研究了砂土液化及液化后流動特性，試驗結(jié)果表明,液化及液化后狀態(tài)下砂土的表觀動力黏度隨著應(yīng)變率的增大而減小,液化砂土呈現(xiàn)出剪切稀化的非牛頓流體特性，隨著液化后超孔壓比的降低,表觀動力黏度也逐漸增大,通常隨著應(yīng)變率的增大,表觀動力黏度—超孔壓比曲線逐漸變緩。

袁曉銘、孫銳、曹振中、陳龍偉等（2010—2011）通過對2008年汶川地震現(xiàn)場調(diào)查、原位測試和室內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)了砂礫土液化現(xiàn)象和超過特征深度的液化土層，研究了其液化分布與特征，提出了分別基于超重型動力觸探試驗（動探試驗）和剪切波速的砂礫土液化判別方法，并建立了相應(yīng)的計算模型和公式。孫銳、袁曉銘等（2003）研究了砂土液化對設(shè)計反應(yīng)譜和場地分類的影響，結(jié)果表明,從特征周期的變化來看,液化土層使Ⅱ類場地易變?yōu)棰纛悎龅?且液化土層對0.8s以下的高頻分量有一定減震效果,對該值以上的低頻分量有顯著的放大效應(yīng)。

王蘭民、王峻、劉紅枚、李蘭、何開明、王謙、楊正茂、王平、蒲小武等（2000—2020），通過現(xiàn)場爆破地震動液化試驗、室內(nèi)振動三軸試驗、動扭剪三軸試驗、微結(jié)構(gòu)電鏡掃描分析和水電化學(xué)分析試驗，揭示黃土液化和黃土地層地震液化滑移機理，建立了飽和黃土孔壓、變形、強度和本構(gòu)模型，提出了黃土液化判別方法和地層液化滑移風(fēng)險評估方法，提出了黃土地基抗液化處理措施和樁基設(shè)計方法。劉志欽、許國輝等（2015）提出了海底粉質(zhì)土波致液化的判別程序與計算方法，佘穩(wěn)（2020）研究并提出了海洋工程勘察中基于CPT試驗或綜合多方法評價海底淺層砂土液化勢的方法。馬維嘉、陳國興等（2019）對循環(huán)荷載下飽和南沙珊瑚砂的液化特性進行了試驗研究，表明珊瑚砂的超靜孔壓的發(fā)展模式與石英砂有較大區(qū)別，可用修正后的Seed模型進行表征，珊瑚砂的軸向應(yīng)變隨著循環(huán)振次增加而逐漸變大，不會發(fā)生急劇增大的現(xiàn)象，其動強度大于石英砂的動強度。

這一時期的砂土液化研究成果在我國基礎(chǔ)設(shè)施、重大工程和國防建設(shè)中得到了很好的應(yīng)用，同時也為“一帶一路”工程建設(shè)提供了科技支撐。

地震滑坡致災(zāi)機理、演化機制和風(fēng)險評估

地震滑坡是我國西部強震區(qū)易發(fā)的巖土地震災(zāi)害，也稱為“地震地質(zhì)災(zāi)害”或“次生地震災(zāi)害”。一次強震會引發(fā)數(shù)以千計的滑坡，滑坡災(zāi)害會造成地震總損失的一半和人員死亡總數(shù)的三分之一左右。例如，1920年海原8.5級地震在2萬平方千米的極震區(qū)就引發(fā)了8000多個黃土滑坡，造成8萬～10萬人死亡，占死亡總?cè)藬?shù)的30%以上[圖2（a）]。2008年汶川8.0級地震引發(fā)了5萬余個滑坡[圖2（b）]，造成2萬人遇難，占死亡總?cè)藬?shù)的25%。因此，地震滑坡也是巖土地震工程與土動力學(xué)研究的主要巖土災(zāi)害之一。我國對地震滑坡的全面系統(tǒng)研究主要在20世紀(jì)80年代以后，其主要進展按四個方面介紹如下。

圖2 地震引起的大規(guī)?；聻?zāi)害

（一）發(fā)震斷層地震滑坡效應(yīng)及成災(zāi)模式

不同性質(zhì)發(fā)震斷層地震滑坡效應(yīng)的研究主要從統(tǒng)計學(xué)角度分析地震滑坡發(fā)育特征與發(fā)震斷層、地震學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系和地震滑坡運動學(xué)特征，并依據(jù)成因、啟動機理以及破壞特征等，歸納地震滑坡成災(zāi)模式。

1.地震滑坡與發(fā)震斷層的關(guān)系

通過對歷史強震誘發(fā)滑坡的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，地震滑坡的空間發(fā)布受發(fā)震斷層性質(zhì)、錯斷方式的控制。鄒謹敞等（1994）根據(jù)航片解譯和野外調(diào)查，發(fā)現(xiàn)古浪8級大震的地震滑坡和崩塌明顯受斷裂構(gòu)造的控制?？祦硌傅龋?995）根據(jù)地震滑坡沿昌馬斷裂帶走向和傾向的展布特征，論證了地震滑坡規(guī)模、數(shù)量的分布特征與斷裂活動強度的分布變化有密切的關(guān)系。許沖等（2014）對魯?shù)榈卣鹫鹬兄車煌轿坏幕聰?shù)量與面積進行了統(tǒng)計，探索了地震滑坡與震源、破裂過程的關(guān)系。黃潤秋等（2008）、袁仁茂（2010）通過研究不同地震誘發(fā)滑坡規(guī)律，得到地震滑坡空間分布的主要方向與發(fā)震斷層方向大體一致，沿斷裂帶成群成帶分布。許強等（2010）總結(jié)汶川地震誘發(fā)地震的空間分布與發(fā)震斷層的關(guān)系，呈現(xiàn)出距離效應(yīng)、鎖固段效應(yīng)、上下盤效應(yīng)和方向效應(yīng)。陳曉利（2011）研究表明大多數(shù)的滑坡崩塌存在于斷裂帶上盤，且崩滑的高密度區(qū)出現(xiàn)在斷裂帶的兩端和中部地區(qū)。

2.地震滑坡與地震學(xué)參數(shù)的關(guān)系

我國的研究主要關(guān)注震級、地震烈度、地震動參數(shù)、震源深度、震中距等參數(shù)對滑坡效應(yīng)的影響。李天池（1979）分析了地震與滑坡的關(guān)系，給出了地震滑坡分布面積與震級的統(tǒng)計公式。喬建平（1992）分析了川滇地區(qū)地震滑坡的空間分布格局與環(huán)境條件的關(guān)系，建立了地震滑坡最大震中距與震級（不區(qū)分和區(qū)分滑坡規(guī)模）的經(jīng)驗公式。周本剛（1994）給出了觸發(fā)地震滑坡的臨界烈度，孫崇紹（1997）則統(tǒng)計了觸發(fā)地震滑坡的臨界震級。辛鴻博（1999）研究了我國巖土邊坡地震崩滑的特征，以及邊坡地震崩滑與地震動參數(shù)的關(guān)系。根據(jù)Newmark方法，王秀英（2009）提出一種在已知強震記錄和滑坡數(shù)據(jù)的情況下，推導(dǎo)斜坡失穩(wěn)臨界加速度的方法。殷志強（2013）研究表明地震地質(zhì)災(zāi)害的空間展布特征主要受控于發(fā)震斷裂的活動性質(zhì)、地震動峰值加速度（PGA）、震區(qū)地形坡度和高差、距斷裂帶和水系的距離等4個方面，與地震烈度等級大小無必然聯(lián)系；Tang等（2015）探討了地震滑坡分布數(shù)量與地震動參數(shù)的關(guān)系。田穎穎等（2015）研究了2014年魯?shù)?.5級地震震前與同震滑坡的空間分布規(guī)律；陳成等（2017）對比了不同震級差異和地質(zhì)地形下地震滑坡的分布規(guī)律。戴嵐欣等（2017）對九寨溝地震誘發(fā)滑坡空間分布規(guī)律和控制因素[距斷層距離、地面峰值加速度（PGA）、高程、坡度和坡向等]進行了分析。

3.地震滑坡運動學(xué)特征

對地震滑坡運動學(xué)特征的評價指標(biāo)研究，主要包括滑坡的滑動距離、滑動速度和運動特征值。谷天峰等（2006）基于能量守恒定律并運用變分原理，推導(dǎo)出了均質(zhì)土體滑動的軌跡方程、滑速方程和滑距方程。方玉樹（2007）運用統(tǒng)計分析方法，計算出滑坡運動特征值與總能量的對數(shù)呈線性關(guān)系。李秀珍等（2010）認為滑坡體積和地形地貌是影響滑坡滑動距離的兩個重要因素，并對46個典型地震滑坡滑動距離與滑坡體積以及原始斜坡坡角的相關(guān)關(guān)系進行了統(tǒng)計分析，表明汶川地震滑坡的水平滑動距離、垂直滑動距離與滑坡體積的對數(shù)值具有良好的指數(shù)函數(shù)增長關(guān)系；Yang等（2013）通過對汶川地震67個地震滑坡的調(diào)查分析，認為地表峰值加速度（PGA）、滑體體積、坡高、坡角是影響滑坡水平運動距離的4個重要因素；樊曉一等（2014）以汶川地震典型滑坡為基礎(chǔ)，研究了斜坡地形等因素、體積及地形參數(shù)變化率與地震滑坡運動距離的關(guān)系；李天話（2018）通過對汶川地震誘發(fā)的181個中小型滑坡運動距離進行極差分析研究，討論了場地地形條件、坡體結(jié)構(gòu)及滑體巖性對滑坡運動距離的影響及作用機制。

（二）地震滑坡動態(tài)演化機制及長期效應(yīng)

自20世紀(jì)80年代以來，滑坡研究發(fā)展到應(yīng)用物理和數(shù)值模擬手段，定量或半定量地再現(xiàn)滑坡變形破壞過程，由“靜態(tài)”發(fā)展到“演化”，并發(fā)展到“非線性系統(tǒng)演化”。對于滑坡演化的研究主要集中在滑坡演化機制與模式、動力致災(zāi)機制等方面。

1.非動力作用滑坡觸發(fā)機制

鄧清祿等（2000）、滑帥（2015）等對三峽庫區(qū)黃土坡滑坡多期次成因機理及演化規(guī)律進行了研究，將黃土坡滑坡多期次滑動的成因機理概括為多階段變形失穩(wěn)的斜坡演化模式。周躍峰（2014）、曹從伍（2016）、李濱（2012）等研究了甘肅黑方臺黃土滑坡演化機理，分析了邊坡變形、滑動面形態(tài)及坡面裂縫的形成和發(fā)展過程，發(fā)現(xiàn)該黃土滑坡在破壞過程中具有明顯的突發(fā)性和破壞性，提出該滑坡經(jīng)歷了局部蠕動擠壓、滑坡加速劇滑失穩(wěn)、滑坡調(diào)整穩(wěn)定、后緣新滑坡孕育變形和滑后穩(wěn)定調(diào)整的過程，并通過應(yīng)力路徑試驗?zāi)M了滑坡啟動和局部破壞向整體滑移的發(fā)展過程。通過對黃土滑坡發(fā)育特征與演化模式的研究，許領(lǐng)（2010）、孔紀(jì)名（2014）等發(fā)現(xiàn)該類滑坡具有演化性與群體性分布特征，其演化全過程可分為蠕動變形、整體滑動（加速劇滑）和滑后調(diào)整等階段。

2.地震誘發(fā)土質(zhì)滑坡演化機制

相關(guān)研究主要在滑坡特征、分類、滑坡致災(zāi)機理、運動模式、滑距預(yù)測等方面取得了創(chuàng)新進展。何子露等（2019）采用Iverson基于極限狀態(tài)土力學(xué)原理構(gòu)建的飽和堆積體剪脹模型，并整合到Savage-Hutter滑坡運動演進物理模型中,采用有限體積法求解滑坡運動學(xué)方程,實現(xiàn)了飽和松散堆積體運動演進全程模擬。王蘭民（1997—2000）、王家鼎（1999—2001）、王念秦（2005）等對黃土液化誘發(fā)滑坡變形失穩(wěn)開展了深入研究，通過對動力作用下黃土應(yīng)力—應(yīng)變模型、孔壓增長模型及黃土液化標(biāo)準(zhǔn)、強震作用下低角度黃土斜坡滑移的復(fù)合機理、地震誘發(fā)高速黃土滑坡機理和黃土蠕動液化機理等的研究，運用飽和蠕動液化機理解釋了灌溉誘發(fā)高速黃土滑坡的運動機理，總結(jié)了地震作用下黃土滑坡的運動過程，為地震作用下黃土滑坡的演化機理研究提供了依據(jù)。李同錄（2007）、許沖（2013）等對黃土地震滑坡的滑距、地貌特征和地震滑坡危險性進行了探討，為研究強震作用下黃土滑坡演化機理提供了值得借鑒的方法。吳志堅等（2015）基于振動臺模型試驗，研究了黃土斜坡在地震作用下的變形發(fā)生和失穩(wěn)破壞過程及其加速度和應(yīng)力響應(yīng)特征，并對強震作用下典型黃土斜坡強震失穩(wěn)機制進行了探討。

3.地震和水耦合及交互作用

張倩（2017）通過土柱試驗研究黃土非飽和滲流特征，指出地表活動帶以下飽和帶以上，雖然含水率不變，但存在穩(wěn)定非飽和滲流，這是黃土地區(qū)補給地下水的唯一方式。林高潮（2017）通過設(shè)置一維黃土土柱長時間滲流模擬試驗，發(fā)現(xiàn)在干燥黃土中水分以飽和濕潤鋒的形式逐漸向下推移，而在濕潤土體中水分以非飽和滲流的形式在黃土中遷移。

另外，隨著深度的增加，土顆粒更加致密，同時土體孔隙逐漸減小且變得更加復(fù)雜，因而黃土滲透能力逐漸降低。當(dāng)水面遇到低滲透的古土壤層形成弱化區(qū)，經(jīng)過長期積累最終誘發(fā)黃土滑坡。LZWu（2017）使用激光掃描儀觀察黃土滑坡變形特征和破壞發(fā)展，監(jiān)測含水量、孔隙水壓力和坡度變形，以量化降雨入滲與黃土邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)降雨入滲增加了孔隙水壓力，產(chǎn)生重力驅(qū)動的滑坡，滑坡起始于坡腳逐漸向坡頂發(fā)展，形成多滑移位，最終導(dǎo)致整體滑坡。王偉峰等（2012）采用物理模擬試驗，探討了降雨和地震誘發(fā)斜坡失穩(wěn)破壞的主要模式和過程；吳謙等（2014）利用三維顆粒流軟件PFC3D對黃土陡坡降雨沖刷過程進行了流—固耦合模擬，并與試驗結(jié)果進行了對比分析；湯明高等（2016）采用不同降雨入滲形式和潛在滑動面傾角的滑坡模型試驗，分析了強震后松散堆積體的降雨入滲過程及變形啟動機理；王蘭民等（2017）開展了地震和降雨耦合作用下黃土邊坡振動臺模型試驗；謝吉尊等（2016）分析了西昌7.5級地震災(zāi)區(qū)鵝掌河流域地震和降雨耦合災(zāi)害分布與長期活動性；馮文凱等（2016）分析了順層震裂斜坡降雨觸發(fā)災(zāi)變機制及穩(wěn)定性分析。

4.滑坡演化機制數(shù)值模擬

滑坡數(shù)值模擬可再現(xiàn)斜坡的變形演化發(fā)展及失穩(wěn)運動的全過程。我國主要采用有限元單元法、有限差分法、離散單元法、邊界元法和DDA法等對滑坡演化過程與機制進行模擬。

黃潤秋等（1993）在國內(nèi)最早采用基于黏—彈—塑性模型的有限元方法與基于塊體運動理論的大變形離散單元法耦合，實現(xiàn)了四川華鎣山溪口巖質(zhì)高邊坡滑坡變形破壞的全過程數(shù)值模擬。朱守彪（2012）采用不連續(xù)變形體動力過程的有限元法對滑坡的運動特征及動力學(xué)過程進行了模擬，給出了滑體運動的全部過程及運動特征等。唐曉松、鄭穎人等（2013）依據(jù)分類對不同的邊坡，采用有限元強度折減法定量分析了不同強度折減系數(shù)下邊坡的變形與滑面的塑性應(yīng)變發(fā)展?fàn)顩r。胡嫚等（2016）采用了基于巖土體彈塑性本構(gòu)模型的光滑粒子流體動力學(xué)（SPH）方法，完成了能夠自動生成計算模擬所需的滑坡粒子數(shù)據(jù)的C程序，方便了模擬滑坡演化的進行。

近年來，離散元法被越來越多地應(yīng)用到巖土體滑坡的演化過程分析中，并取得了較多研究成果。崔芳鵬、胡瑞林等（2016）利用離散元方法數(shù)值模擬了縱橫波時差耦合作用下的唐家山滑坡過程。LiWei-Chao等（2012）研究了巖質(zhì)及土質(zhì)高速滑坡的運動與堆積過程，并與實際滑后狀態(tài)進行了對比，說明了顆粒離散元方法開展滑坡運動過程模擬的可靠性。周健等（2008）運用PFC對砂性土坡和黏性土坡分別進行了顆粒流數(shù)值模擬。張龍等（2012）則以重慶武隆雞尾山高速遠程滑坡為研究對象，利用PFC3D對其運動過程進行了模擬。王盛年等（2014，2017）采用顆粒離散元方法對滑坡堆積體的變形破壞、失穩(wěn)運動過程及滑坡沖擊災(zāi)害進行了分析與預(yù)測。在地震作用下滑坡動力響應(yīng)及失穩(wěn)機制方面，許多學(xué)者通過運用顆粒流模擬程序（PFC）模擬了滑坡的演化過程，如ChangK（2009）和JianmingHe（2010）等模擬了臺灣九份二山滑坡力學(xué)過程及堆積行為，以及崩塌堆積體邊坡在不同的坡體參數(shù)下受到汶川水平剪切波時的動力反應(yīng)；YuanRM等（2014）模擬了汶川地震誘發(fā)的東河口滑坡，并得出侵蝕的下墊層能夠增大滑體的最大運移距離；楊冰等（2011）利用PFC2D軟件建立典型邊坡模型，反演了邊坡在地震作用下破壞過程和遠程的滑坡體運移堆積形態(tài)，并利用PFC3D建立了三維邊坡模型，研究了滑坡塌落體堆積形態(tài)及其運動軌跡；梁敬軒等（2017）通過輸入水平向汶川地震波，對不同坡度及不同細觀參數(shù)的土質(zhì)邊坡進行動力作用下變形破壞的全過程模擬。

（三）滑坡風(fēng)險評估研究

滑坡風(fēng)險評估一直是國際上倡導(dǎo)和推廣的減災(zāi)防災(zāi)有效途徑之一，需對滑坡的自然屬性和社會屬性進行綜合分析。自然屬性體現(xiàn)了災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展內(nèi)在的隨機性和不確定性，社會屬性則體現(xiàn)了受災(zāi)體的承受能力的不確定性，雙重屬性的相互作用，構(gòu)成了滑坡風(fēng)險評估工作的難點?；嘛L(fēng)險評估一般涵蓋滑坡危險性評價、危害性評價（滑坡影響范圍、承災(zāi)體易損性）、風(fēng)險計算等幾個方面。

1.滑坡危險性分析

地震滑坡危險性評價的目的就是給出滑坡災(zāi)害的概率預(yù)測、空間預(yù)測和強度預(yù)測。確定性模型算法是獲得滑坡危險性評估精確結(jié)果的最佳選擇之一，我國在此方面開展了較為全面和系統(tǒng)的研究，并取得了豐碩的成果。

謝謨文、蔡美峰等（2005）以穩(wěn)定性分析及GIS技術(shù)應(yīng)用為重點，系統(tǒng)闡述了邊坡三維穩(wěn)定極限平衡法的GIS分析模型方法。孫軍杰等（2011）基于Newmark滑塊分析方法推導(dǎo)的滑坡安全系數(shù)計算公式，結(jié)合GIS技術(shù)，實現(xiàn)地震與降雨耦合作用下區(qū)域滑坡災(zāi)害的概率性評價。程小杰等（2017）基于Newmark模型對天水市北山地震滑坡進行危險性評價，研究發(fā)現(xiàn)引入斜坡坡向角和震源方位角關(guān)系，有利于提高小區(qū)域（大比例尺）風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性。林齊根等（2017）將支持向量機與Newmark模型相結(jié)合對地震滑坡易發(fā)性進行評估。劉甲美（2018）等通過對比不同位移模型對地震滑坡危險性評估結(jié)果的影響，探討了如何根據(jù)實際，建立適用于國內(nèi)的Newmark位移預(yù)測模型。李雪婧（2018）通過對汶川地震中某災(zāi)區(qū)分析，指出利用AriasIntensity以及CAV（絕對累積速度）以及Newmark位移在地震危險性分析中優(yōu)于峰值加速度。王亞強、王蘭民等（2004）利用層次分析法（AHP），在GIS的支持下建立了不同超越概率下的黃土高原地震滑坡區(qū)劃圖。王鼐、王蘭民等（2013）利用模糊信息理論，提出了一種應(yīng)用數(shù)學(xué)解析處理數(shù)據(jù)信息模糊化的預(yù)測滑坡影響范圍的新思路。劉洋洋等（2018）提出一種基于AHP—Fuzzy和激光點云數(shù)據(jù)的公路邊坡危險性綜合評估方法，將其應(yīng)用到重慶市某邊坡實例中。

上述基于數(shù)理統(tǒng)計建立起來的數(shù)學(xué)評估模型需要大量的樣本數(shù)據(jù)，對于地震誘發(fā)滑坡來講，歷史數(shù)據(jù)常常不滿足要求。近年來，以人工智能理論為基礎(chǔ)的機器學(xué)習(xí)模型得以快速發(fā)展，其中邏輯回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用最多。C.Xu等（2018）對比分析了6個基于GIS的滑坡易發(fā)性評價模型，認為邏輯回歸模型的結(jié)果最好。樊芷吟等（2018）采用信息量模型、Logistic回歸模型以及兩種模型耦合分析進行地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價，認為耦合模型比兩種單一模型更為精確。

2.滑坡致災(zāi)范圍研究

滑坡影響范圍對災(zāi)害損失有著重要影響，因而是滑坡風(fēng)險評價的重要環(huán)節(jié)。朱海之（1988）基于對1974年云南昭通7.1級地震考察，研究了地震崩滑與坡面破壞，由強烈震動形成的崩、滑，除本身災(zāi)害外,還會在相當(dāng)長的時間內(nèi)加速區(qū)域上的水土流失,形成不良的生態(tài)環(huán)境。才樹華、王蘭民、盧育霞等（1998,2006）針對黃土地震滑坡提出了滑距估算公式，可獲得較為精確的結(jié)果。但對于區(qū)域性潛在滑坡的滑距、影響范圍的定量預(yù)測評估非常困難，一般在對特定地區(qū)歷史滑坡事件分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建經(jīng)驗公式和統(tǒng)計預(yù)測模型來進行評估。李秀珍、孔紀(jì)名等（2010）在對“5·12”汶川地震誘發(fā)的滑坡進行詳細調(diào)查的基礎(chǔ)上，對46個典型地震滑坡的滑動距離與滑坡體積以及原始斜坡坡角的相關(guān)關(guān)系進行了統(tǒng)計分析，給出了汶川地震滑坡水平滑距和垂直滑動距離與滑坡體積的經(jīng)驗公式。

3.風(fēng)險評估模型與方法

評估模型與方法的建立是滑坡風(fēng)險評價的核心。黃波林、殷躍平等（2018）對水庫區(qū)滑坡風(fēng)險評估技術(shù)進行了研究，建立了在涌浪作用下滑坡風(fēng)險評估的方法，并給出了相應(yīng)的5個分析步驟，能夠有效地確定涌浪作用下滑坡的風(fēng)險區(qū)域。王望珍等（2018）利用GIS技術(shù)，采用風(fēng)險矩陣以及Borda序值，創(chuàng)立了多災(zāi)種耦合的綜合風(fēng)險評估方法。謝和平（2018）等對山洪泥沙災(zāi)害與滑坡防治、風(fēng)險評估等國內(nèi)外研究做了總結(jié)，并提出在山區(qū)河流地帶地質(zhì)災(zāi)害研究所面臨的挑戰(zhàn)與機遇。

震陷機理、預(yù)測和風(fēng)險評估

震陷是指在地震荷載作用下，地基或場地出現(xiàn)的永久性沉降，它主要是由于土體模量減小，震動壓密或液化孔隙水壓力消散所引起。我國對震陷研究及其工程應(yīng)用主要始于20世紀(jì)80年代，湯淼興、周建石等（1993）按照成因?qū)⒄鹣輨澐譃闃?gòu)造性震陷、液化震陷、軟土震陷、黃土震陷、一般松散土震陷、塌落震陷（溶洞、土洞或洞穴在地震作用下的塌落）等六種。巖土地震工程與土動力學(xué)主要研究砂土液化震陷、軟土震陷、黃土震陷等三類土層震陷，而松散土在工程上一般可分別被歸為上述三類土的震陷問題進行處理。本文對這三類震陷的研究成果簡述如下。

（一）液化震陷

80年代初，謝君斐、石兆吉等編制了有限元分析程序，提出了一整套預(yù)測建筑物震陷量的室內(nèi)震陷試驗和分析方法，并應(yīng)用于工程實踐，還結(jié)合唐山大地震中產(chǎn)生砂土液化震陷和軟土震陷實例，驗證了震陷分析方法的可靠性。與此同時，郁壽松、石兆吉等對不同土類的震陷特性進行了室內(nèi)試驗研究，建立了震陷參數(shù)和物性指標(biāo)間的關(guān)系。

在此基礎(chǔ)上，石兆吉等研究了影響一般民用房屋震陷的種各因素和條件，為編制構(gòu)筑物抗震規(guī)范中的軟土震陷條文提供了依據(jù)。朱祖庭、周健等（1998）研究了地下水位上升對砂土液化震陷的影響規(guī)律，并提出了地震作用下考慮地下水位上升影響砂土液化震陷的簡化分析方法。石兆吉（1994）研究了不同基礎(chǔ)類型、建筑物特點和地震烈度下液化對房屋震害的影響，指出液化地基上房屋震陷值是說明地基失效的一個較好的指標(biāo)。劉惠珊（1996）根據(jù)有限元法對典型場地條件的分析與實際震害的經(jīng)驗規(guī)律，建立了建筑物液化震陷的預(yù)估經(jīng)驗公式。

高廣運等（2018）利用開源有限元平臺OpenSees對飽和砂土自由場地震陷進行數(shù)值模擬，研究了地震動維度、方向角和強度對震陷的影響，提出了考慮地震動特性的飽和砂土液化震陷計算方法。陳玉祥、陳龍偉（2019）研究了液化場地建筑物震陷的影響因素，結(jié)果表明液化場地建筑的震陷量顯著大于非液化場地；總結(jié)了上覆土層的厚度、剪切波速和黏土層黏聚力和可液化土層的厚度、剪切波速、滲透系數(shù)和超孔壓比的增長與消散過程對建筑物震陷的影響規(guī)律；可液化地基上建筑物幾何特性、層高以及基礎(chǔ)幾何尺寸對其液化震陷的影響規(guī)律。這些研究成果為砂土液化震陷的計算和可液化地基設(shè)計處理提供了科學(xué)依據(jù)。

（二）軟土震陷

劉恢先（1986）在《唐山大地震震害》專著中記載：1976年唐山地震造成地基為軟黏土的天津新港望海樓建筑群震陷，附加沉降38cm，傾斜達3%。江席苗、李建國等（2009）對2008年汶川特大地震中地基和鐵路路基震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于軟土震陷造成都江堰市電信大樓臺階沉降，最大沉陷深度約8cm；廣岳鐵路、寶成鐵路路基下沉，其中廣岳線橋臺路基普遍下沉，下沉量一般為20～30cm，最大下沉量約50cm,寶成鐵路路堤下沉地段共39處（段），總長達49.5km。根據(jù)張虎臣（1989）、宋波（1990）、于洪志（1996）、田洪水（2015）等對軟土震陷機理的研究結(jié)果，目前軟土震陷的原因可以概括為：結(jié)構(gòu)效應(yīng)、軟化效應(yīng)、慣性效應(yīng)與土體再固結(jié)變形。

石兆吉、郁壽松（1988）對塘沽新港地區(qū)的3～4層典型建筑物在唐山地震時的震陷值做了計算分析，計算結(jié)果與實測值十分相近,并確定了相應(yīng)的計算修正系數(shù)和不同高度建筑物的震陷臨界深度；還發(fā)現(xiàn)筏基震陷較大的主要原因是貼近筏基礎(chǔ)下的大塊土體遭到了明顯的震陷作用。郁壽松、石兆吉（1989）基于大量的土壤震陷試驗研究，給出了土壤震陷的定義、影響因素和經(jīng)驗計算公式，其中主要影響因素有四個:動應(yīng)力、初始固結(jié)壓力、振動次數(shù)和土的類型，并建立了土壤的震陷參數(shù)與土的含水量、相對密度、壓縮模量和剪切波速之間的定量關(guān)系，可用于無試驗資料時估算震陷。

張克緒等（1989）利用等效結(jié)點力法來確定殘余應(yīng)變的步驟，并用該法分析了包括黃河小浪底土壩在內(nèi)的若干個土壩的地震永久變形。錢家歡等（1993）也用等效結(jié)點力法對小浪底土壩進行二維與三維有限元分析，計算結(jié)果較為可靠。顧長存、劉漢龍等（1996）通過靜力分析和隨機地震反應(yīng)分析,在確定性震陷分析的基礎(chǔ)上,建立軟土地基隨機震陷計算方法,并對某碼頭軟土地基進行數(shù)值計算,其結(jié)果符合一般規(guī)律。何廣訥（1998）基于飽和軟土的靜力孔壓軟化試驗和動三軸震陷試驗結(jié)果，提出了考慮軟化效應(yīng)應(yīng)變與慣性力應(yīng)變的綜合應(yīng)變勢軟土震陷計算方法。

袁曉銘、孟上九（2002—2004）等提出建筑物不均勻震陷是由軟土土層、建筑物荷載不均勻分配及地震動波形三者協(xié)同作用的結(jié)果，其中地震波的隨機性與其波形的不對稱性和不規(guī)則性對不均勻震陷有重要影響。周燕國、陳云敏等（2009）采用離心機試驗?zāi)M軟土地基不均勻震陷，試驗表明結(jié)構(gòu)物不對稱性與建筑物的上覆荷載對不均勻震陷均有顯著影響。張建毅等（2012）結(jié)合工程實際鉆孔對比討論了軟土震陷不同規(guī)范方法的優(yōu)劣，提出了基于“兩臺階的縮小范圍量化”的軟土震陷判別方法，并進行了驗證及工程應(yīng)用。

目前計算軟土震陷的軟化模量法、等效結(jié)點力法、簡化計算法等可滿足不同條件下軟土震陷計算分析和工程設(shè)計需求。

（三）黃土震陷

20世紀(jì)80年代初，張振中等提出了黃土震陷的概念，結(jié)合黃土地區(qū)城市地震小區(qū)劃工作，對蘭州、西安、寶雞、西吉等地黃土震陷開展了動三軸試驗，認為黃土架空孔隙結(jié)構(gòu)的崩塌性破壞是土顆粒之間的連鎖反應(yīng)，宏觀上表現(xiàn)為震陷、滑坡或崩塌，并研究了黃土震陷的臨界動應(yīng)力和殘余應(yīng)變與孔隙比的關(guān)系，與濕陷起始應(yīng)力進行了對比。李啟鷂等（1985）通過試驗認為黃土震陷與其在地震作用下的殘余應(yīng)變有關(guān)，并研究了西安黃土殘余應(yīng)變與孔隙比的關(guān)系。其后，我國學(xué)者和工程技術(shù)人員開展了長期大量的試驗研究、數(shù)值計算分析和工程實際應(yīng)用，在黃土震陷機理、影響因素、計算方法和地基抗震陷處理技術(shù)等方面取得了一系列原始創(chuàng)新性成果。

張振中、段汝文、王蘭民等（1990）提出了基于動三軸試驗的黃土震陷性判別與預(yù)測方法。巫志輝、方彥等（1990）研究了增濕黃土的震陷特性，闡述了含水量對黃土震陷的影響規(guī)律。王蘭民、張振中、王峻等（1993）通過開展大量室內(nèi)原狀黃土動三軸試驗，建立了考慮含水量、固結(jié)應(yīng)力、孔隙比、動應(yīng)力和振次等因素的西北地區(qū)黃土震陷系數(shù)的計算公式，并基于此提出了地震作用下黃土場地震陷量的估算方法。石玉成等（2003）基于高國瑞提出的微結(jié)構(gòu)分類標(biāo)準(zhǔn)分析了不同類型微結(jié)構(gòu)特征的黃土震陷性，結(jié)果顯示不同微結(jié)構(gòu)類型黃土試樣表現(xiàn)出顯著不同的震陷性，粒狀架空孔隙結(jié)構(gòu)震陷性明顯，而粒狀鑲嵌和粒狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)震陷性不明顯。

鄧津等（2007）通過對黃土微結(jié)構(gòu)的量化特征分析，研究了微結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與震陷系數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并基于黃土氣固表面原理建立了應(yīng)用考慮架空孔隙面積和粒徑偏斜度的黃土震陷系數(shù)估算公式。陳永明（2003）通過統(tǒng)計蘭州地區(qū)黃土層剪切波速和震陷系數(shù)的相關(guān)性，建立了不同含水量條件下考慮剪切波速和動應(yīng)力幅值計算黃土震陷系數(shù)的經(jīng)驗公式。栗潤德、張鴻儒等（2007）基于動三軸試驗的研究表明，塑限含水量可作為黃土動強度和震陷的界限含水量,小于塑限的含水量變化對震陷臨界動應(yīng)力和動粘聚力的影響非常顯著,大于塑限的含水量變化對其影響微弱,而動摩擦角不受含水量的影響。

袁中夏等（2010）研究了黃土濕陷性和震陷性之間的關(guān)系，認為二者的產(chǎn)生都基于黃土的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，都是黃土架空結(jié)構(gòu)破壞所引起，但其觸發(fā)機制卻是不同的。濕陷性產(chǎn)生的主要原因是吸力喪失，而震陷性主要由黃土在動荷載作用下的土體剪切破壞導(dǎo)致。孫軍杰等（2012）基于大量動三軸試驗數(shù)據(jù)分析了孔隙比壓縮比與土體強度特征參數(shù)和動荷載參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，給出了一種考慮強度參數(shù)黃土震陷系數(shù)估算模型。王強、邵生俊等（2017）通過開展不同應(yīng)力條件下循環(huán)單剪試驗,分析了馬蘭黃土（Q3）的滯回曲線、骨干曲線和震陷曲線的形態(tài)特征及其隨含水量、固結(jié)壓力、剪應(yīng)變幅、循環(huán)加載周次等因素的變化規(guī)律,建立了骨干曲線及震陷系數(shù)經(jīng)驗方程的表達式。

王蘭民、張振中、王峻、李蘭、袁中夏、何開明、石玉成、梁守信、莫庸、張冬麗、吳志堅、孫軍杰、徐舜華、王平、王謙、王強、鄧津等（2000—2018）通過大量的現(xiàn)場試驗、測試、爆破地震動試驗、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬分析，研究了強夯法、擠密樁法、化學(xué)處理、改良處理（灰土、水泥、粉煤灰、木質(zhì)素等）等黃土地基抗震陷處理技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，提出了黃土震陷場地樁基負摩阻力計算方法和抗震設(shè)計方法（圖3）。上述研究成果在黃土地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、重大工程建設(shè)和城鄉(xiāng)建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，并被相關(guān)工程技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)采納。

圖3 黃土地基抗震處理施工

土動力學(xué)理論與巖土地震工程實踐成就

20世紀(jì)70年代以來，我國土動力學(xué)理論得到了全面、系統(tǒng)的發(fā)展，已經(jīng)形成了與國際水平同步的理論體系。巖土地震工程方面的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系也基本形成，滿足了我國巖土工程抗震的需求。我國強震區(qū)的大中城市、國家級新區(qū)和相關(guān)大型企業(yè)均開展了地震小區(qū)劃工作，重大工程、生命線工程和易產(chǎn)生地震次生災(zāi)害工程設(shè)施的建設(shè)場地都依照國家相關(guān)法規(guī)開展了工程場地地震安全性評價，使得建設(shè)工程防震減災(zāi)能力有了顯著提升。

（一）土動力學(xué)理論

1988年，謝定義等編著出版了我國第一部《土動力學(xué)》專著，三年后他對內(nèi)容進行了修訂再版，修訂后的《土動力學(xué)》具有先進性、啟發(fā)性、實用性等特點。2013年，謝定義合著出版《應(yīng)用土動力學(xué)》專著，為解決實際工程計算和設(shè)計中的土動力學(xué)問題提供了理論和方法。其后，張克緒、謝君斐等（1989）編著出版了《土動力學(xué)》，吳世明（2000）編著出版了《土動力學(xué)》，劉洋（2019）編著出版了《土動力學(xué)基本原理》，這5本專著系統(tǒng)反映了20世紀(jì)70年代以來我國和國際在土動力學(xué)發(fā)展不同階段的主要研究與工程實踐成果。

土動力學(xué)理論是由動力基礎(chǔ)設(shè)計、防護工程、地震工程等三大需求發(fā)展而來，動力基礎(chǔ)設(shè)計理論從20世紀(jì)30年代到60年代，已經(jīng)成熟完善；防護工程因大多涉及軍事國防，公開發(fā)表的資料很少。因此，我國土動力學(xué)專著涉及的內(nèi)容主要是針對地震工程需求的，綜合起來主要包括：土的動力特性（動強度、動模量、阻尼比、動變形、動孔壓）與試驗測試、土的動力計算模型（線性粘—彈模型、彈—塑模型、等價非線性粘—彈模型）、波在土體中的傳播及應(yīng)用、土體對地震動的反應(yīng)分析、土對地震應(yīng)力作用的反應(yīng)、飽和砂土體的液化判別、地震時飽和土體中孔隙水壓力的增長與消散、地震引起的土體永久變形、土體與結(jié)構(gòu)的相互作用、土與地基的原位動力測試、樁基的動力測試等。其中，土動力特性室內(nèi)試驗測試主要有：振動三軸試驗、共振柱試驗、動扭剪三軸試驗、振動臺試驗、離心機振動臺試驗等；土與地基的原位動力測試主要包括：波速測試、地脈動測試、人工地震勘探、循環(huán)荷載板試驗、靜力觸探試驗（CPT）、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（SPT）、動力旁壓試驗、原型觀測、振動衰減試驗等。

由于我國黃土高原是世界上黃土分布最廣、厚度最大、地形地貌最為復(fù)雜的區(qū)域，同時也是地震災(zāi)害最嚴重的地區(qū)，歷史地震在該地區(qū)曾造成過140多萬人死亡。我國針對黃土地震災(zāi)害預(yù)測預(yù)防需求開展的長期研究，形成了土動力學(xué)的一個特色學(xué)科——黃土動力學(xué)。王蘭民等（2003）編著出版了《黃土動力學(xué)》專著，內(nèi)容包括黃土的動力特性與試驗方法、黃土震陷、黃土地震滑坡、黃土液化、黃土地基抗震處理、黃土地震災(zāi)害區(qū)劃、波在黃土中的傳播等。

雖然巖土地震工程研究在我國起步較晚，但目前在研究與實踐的基礎(chǔ)上已初步形成了相應(yīng)的理論體系，主要標(biāo)志為陳國興（2007）編著出版的《巖土地震工程學(xué)》專著和相關(guān)文獻資料。專著內(nèi)容包括：地震學(xué)基礎(chǔ)、地震災(zāi)害與地震烈度、地震動特性、土的動力本構(gòu)關(guān)系、土動力特性的室內(nèi)外試驗、水平成層場地和橫向非均勻場地的地震反應(yīng)、土動力特性與震動液化、土體地震永久變形、樁—土—結(jié)構(gòu)動力相互作用、土—結(jié)構(gòu)動力相互作用對TMD減震控制的影響、地鐵地下結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)、土壩抗震分析等。

上述專著內(nèi)容以及相關(guān)文獻不僅構(gòu)建了我國土動力學(xué)與巖土地震工程的理論體系，而且也建立了相應(yīng)的試驗測試體系，不僅為土木工程類有關(guān)專業(yè)研究生、高年級本科生提供了經(jīng)典教材，同時也為從事土木工程防震減災(zāi)的研究、勘察、試驗和設(shè)計人員以及城市和工程建設(shè)規(guī)劃人員提供了重要的參考。

（二）工程抗震設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

我國先后編制了五代地震區(qū)劃圖（李善邦主編，1957；鄧起東主編，1977；高文學(xué)主編，1992；胡聿賢主編，2001；高孟譚主編，2015），在地震觀測研究資料積累和地震中長期預(yù)測的基礎(chǔ)上，依據(jù)當(dāng)時工程抗震最新研究成果和震害經(jīng)驗，考慮相應(yīng)時期社會、經(jīng)濟發(fā)展需求，為各類工程抗震設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的制定和城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃提供了抗震設(shè)防的科學(xué)依據(jù)，滿足了國家抗震設(shè)防的需求?，F(xiàn)行《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2015）中，在場地類別劃分、各類場地基本地震動加速度反應(yīng)譜特征周期和地震動峰值加速度的調(diào)整方法與調(diào)整系數(shù)表中，應(yīng)用了巖土地震工程于土動力學(xué)的長期研究成果。

2004年，謝禮立主編的《建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計通則》（CECS160：2004）作為中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)頒布，該通則為各類工程結(jié)構(gòu)抗震性態(tài)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了一個模式，在其后出臺的相關(guān)工程抗震設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中得到了貫徹和借鑒。同時，在我國重大工程、災(zāi)后恢復(fù)重建工程和城市建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了很好指導(dǎo)作用，取得了良好的減災(zāi)效果。

我國于1959年、1964年先后編制了《地震區(qū)建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（草案）,1974年頒布了《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（試行）（TJ11—1974），1978年頒布了《工業(yè)與民用建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（TJ11—1978），1989年頒布了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GBJ11—89》，2001年頒布了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2001），并于汶川地震后做了局部修訂，2010年頒布了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2010），其后于2016年、2019年做了局部修訂，形成了（2016版）和（2019版）。在現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范中，在場地分類、場地地震動放大系數(shù)調(diào)整、場地液化和震陷判別與處理、邊坡地震穩(wěn)定性、地基與基礎(chǔ)抗震等方面均應(yīng)用了巖土地震工程與土動力學(xué)的長期研究成果。

我國相關(guān)領(lǐng)域工程抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)抗震設(shè)計規(guī)范吸納了巖土地震工程與土動力學(xué)的長期研究成果。例如，《地 下 結(jié) 構(gòu) 抗 震 設(shè) 計 標(biāo) 準(zhǔn)》（GB/T51336—2018）、《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》（DL5073—2016）、《公路隧 道 抗 震 設(shè) 計 規(guī) 范》（JTG2232—2019）、《鐵 路 工 程抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50111—2017）、《核電廠抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50267—2019）、《電力設(shè)施抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50260—2013）、《通 信 設(shè)備安裝工程抗震 設(shè) 計 標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51369—2019）、《建筑機電工程抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50981—2014）、《石油化工構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》（SH3147—2014）、《水運工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTS146—2012）、《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）（2009年版）、《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123—2019）、《地基動力特性測試規(guī)范》（GB/T50269—2015）等，這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為我國基礎(chǔ)設(shè)施、重大工程和容易引起次生災(zāi)害工程建設(shè)的地震安全提供了基本保障，取得了良好的防震減災(zāi)效果（圖4）。

圖4 汶川地震中基本完好的邊坡加固工程、擋土墻工程和坡體防護工程（周德培，2010）

（三）工程場地地震安全性評價與城市地震小區(qū)劃

工程場地地震安全性評價是評價未來一定時段內(nèi)工程建設(shè)場地遭受地震威脅的可能性及相應(yīng)的程度與特性，提供包括場點及場地空間分布的地面運動及地面破壞兩方面的評價結(jié)果。地面運動依據(jù)對震源特性、地震波的傳播（區(qū)域地質(zhì)條件，基巖）、場地條件（近地表地形地貌、土層結(jié)構(gòu)、場地土動力特性、地下水等場地條件）等方面研究結(jié)果給出評價。地面破壞則依據(jù)斷層錯動、地表斷裂、砂土液化、滑坡、震陷等研究結(jié)果給出評價。評價結(jié)果可為各類建設(shè)工程選址與抗震設(shè)防要求的確定、防震減災(zāi)規(guī)劃、社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃等提供抗震設(shè)防的依據(jù)，為已有工程的抗震可靠性分析和震害預(yù)測等提供地震作用依據(jù)，還可為投資風(fēng)險決策、地震保險、房屋出售等提供科學(xué)依據(jù)。

中國地震局從成立之時，就將工程場地地震安全性評價作為服務(wù)國家經(jīng)濟社會建設(shè)的一項重要工作，為數(shù)以萬計的國家重大工程、核設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、可能產(chǎn)生重大次生災(zāi)害的建設(shè)工程和城鎮(zhèn)規(guī)劃提供了更加科學(xué)精確的抗震設(shè)防依據(jù)。同時，中國地震局十分重視工程場地地震安全性評價的技術(shù)規(guī)范，于2005年發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)《工程場地地震安全性評價》（GB17741—2005）。該標(biāo)準(zhǔn)將地震安全性評價工作分為四個等級，Ⅰ級工作適用于安全性要求極高的核電廠等重大建設(shè)工程項目中的主要工程，評價工作內(nèi)容包括：地震危險性的概率分析和確定性分析、能動斷層鑒定、場地地震動參數(shù)的確定、地震地質(zhì)災(zāi)害評價等五個方面；Ⅱ級工作適用于除Ⅰ級以外安全性要求較高的的重大建設(shè)工程項目中的主要工程，評價工作內(nèi)容包括：地震危險性的概率分析、場地地震動參數(shù)的確定、地震地質(zhì)災(zāi)害評價等三個方面；Ⅲ級工作適用于量大面廣的城鎮(zhèn)、大型廠礦企業(yè)、經(jīng)濟建設(shè)開發(fā)區(qū)、重要生命線工程等，評價工作內(nèi)容包括：地震危險性概率分析、區(qū)域性地震區(qū)劃和地震小區(qū)劃等，IV級工作適用于《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》使用規(guī)定4.3條中b）、c）規(guī)定的一般性工程，即位于地震動參數(shù)區(qū)劃分界線附近的新建、擴建、改建工程和某些地震研究程度和資料詳細程度較差的邊遠地區(qū)，評價工作內(nèi)容主要包括：地震危險性的概率分析、場地地震動峰值加速度復(fù)核等兩個方面。

地震小區(qū)劃是對某一特定區(qū)域范圍內(nèi)地震安全環(huán)境進行劃分，預(yù)測這一范圍內(nèi)可能遭遇到的地震影響分布，包括設(shè)計地震動參數(shù)的分布和地震地質(zhì)災(zāi)害的分布。該概念在20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)首先提出，當(dāng)時是對地震基本烈度相同的某個地區(qū)或一個復(fù)雜的工程場地,按場地土質(zhì)、地下水位、局部地形地貌和斷層影響等條件，對烈度進行調(diào)整，編制更精細的區(qū)域或場地地烈度分布圖。到了70年代，國際地震小區(qū)劃研究與實踐得到了快速發(fā)展。

從20世紀(jì)70年代末到90年代，我國在強地震區(qū)的大中城市大力開展城市地震小區(qū)劃工作。1981年中國地震學(xué)會在南京召開了“地震工程專業(yè)委員會成立大會暨1981年地震小區(qū)劃學(xué)術(shù)交流報告會”。同年，在中國地震局工程力學(xué)研究所召開了“中美地震小區(qū)劃討論會”，從地質(zhì)、地球物理、土動力學(xué)、場地反應(yīng)及互相作用等方面探討地震小區(qū)劃問題。這兩次會議對我國開展地震小區(qū)劃研究與實踐發(fā)揮了重要推動作用。

孫崇紹等（1981）提出了綜合指標(biāo)地震小區(qū)劃方法，并在蘭州、西安、西寧、寶雞、天水等城市地震小區(qū)劃中進行了應(yīng)用。廖振鵬、李小軍等（1989）提出了地表土層地震反應(yīng)的等效線性化解法，解決了地震小區(qū)劃中的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。廖振鵬（1989）主編出版的《地震小區(qū)劃——理論與實踐》集中反映了這一時期的研究與實踐成果。

地震小區(qū)劃的技術(shù)要求已在國家標(biāo)準(zhǔn)《工程場地地震安全性評價》中有了明確的規(guī)定，成為我國一項長期推進的防震減災(zāi)工作。目前，直轄市、大部分省會城市和大量的市、縣城市以及國家級新區(qū)、大型企業(yè)、相關(guān)工程場地等基本完成了地震小區(qū)劃工作，其地震動參數(shù)小區(qū)劃圖、場地類別區(qū)劃圖和地震滑坡、液化、震陷、斷裂等災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖為城市規(guī)劃和工程建設(shè)、抗震設(shè)防提供了更科學(xué)、更精細的科學(xué)依據(jù)。

結(jié)語

我國是強震多發(fā)、震害嚴重的國家，歷次強震都曾引發(fā)過嚴重的大規(guī)?；?、液化、震陷等巖土災(zāi)害，開展巖土地震工程和土動力學(xué)研究與實踐具有重大的現(xiàn)實意義。

經(jīng)過50年的探索、研究和實踐，我國在巖土地震工程和土動力學(xué)領(lǐng)域取得了輝煌成就和減災(zāi)實效，在巖土地震災(zāi)害致災(zāi)機理、早期識別和判別方法、風(fēng)險評估、工程抗震設(shè)計和綜合防控等方面已處于國際先進水平。

我國目前的巖土地震災(zāi)害風(fēng)險評估和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)大多按照50年基準(zhǔn)期、10%超越概率的基本設(shè)防烈度和基本設(shè)防地震動參數(shù)進行工程設(shè)計，與現(xiàn)行建（構(gòu)）筑物大震不倒的設(shè)防目標(biāo)以及抗震韌性設(shè)計理念不相匹配，急需開展相關(guān)研究，修訂有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)于我國現(xiàn)代化強國建設(shè)需求。

最后需要說明的是，筆者在本文撰寫中，參考了大量文獻，由于科普文章體例要求，無法逐一列出作者和文獻，對此一并表示衷心感謝！同時，由于本人知識、視野、能力有限，在論述中難免有“掛一漏萬”的情況，對此深表歉意，敬請諒解！