青藏高原東南三江流域黃土類堆積體斜坡地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)研究

唐學(xué)武 王晨 郭明珠 陳學(xué)良 曾金艷 張合 王志穎

摘要：青藏高原東南三江流域廣泛存在堆積體斜坡，該類斜坡極易演化為滑坡災(zāi)害。以四川巴塘下歸洼斜坡為例，通過振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究地震誘發(fā)的堆積體滑坡動(dòng)力響應(yīng)特征與破壞模式。試驗(yàn)結(jié)果表明，在地震作用初期，由于孔隙被擠密，斜坡的自振頻率增大；在茂縣波激勵(lì)下，斜坡肩部動(dòng)力響應(yīng)最強(qiáng)烈。高幅值茂縣波激勵(lì)下，因斜坡整體剛度降低，放大效應(yīng)減弱。Hibert譜描述了地震波在斜坡中的傳播特征，向斜坡頂部傳播時(shí)，地震波高頻能量顯著增強(qiáng)，地震波經(jīng)過堆積層后，放大效應(yīng)減弱。在足以致使堆積層滑動(dòng)的強(qiáng)震作用下，坡表一定深度下動(dòng)力響應(yīng)呈現(xiàn)一致劇烈現(xiàn)象，斜坡上部會(huì)形成“脫離體”，“脫離體”在地震作用下上下顛簸運(yùn)動(dòng);在臨滑時(shí)，坡表出現(xiàn)最強(qiáng)烈的動(dòng)力響應(yīng)。斜坡的破壞模式為：地震初期，在重力和地震耦合作用下，坡表土體剝落;隨地震幅值增加，坡肩與堆積層發(fā)生明顯相對(duì)位移，堆積層表面出現(xiàn)裂縫;最終，坡腳發(fā)生明顯相對(duì)位移，隨后堆積層偏離基巖加速滑塌。基于地震信號(hào)特征的斜坡堆積層滑落過程可分為三階段：（1）穩(wěn)定階段;（2）臨滑階段;（3）滑移階段。

關(guān)鍵詞：堆積體斜坡; 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn); 時(shí)-頻域特征; 邊坡工程; 動(dòng)力響應(yīng)

中圖分類號(hào)： P319.56????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? 文章編號(hào)： 1000-0844（2024）03-0536-12

DOI：10.20000/j.1000-0844.20230127001

Experimental study on the dynamic response of accumulation slopes under earthquake action in Three-rivers Basin， southeast Tibetan Plateau：a case study of the Xiaguiwa landslide in Batang， Sichuan Province

TANG Xuewu1， WANG Chen2，3， GUO Mingzhu3， CHEN Xueliang2，ZENG Jinyan4， ZHANG He5， WANG Zhiying3

（1. Hunan Earthquake Agency， Changsha 410004， Hunan， China;2. Institute of Geophysics， CEA， Beijing 100081， China;3. Department of Urban Construction， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China;4.Shanxi Earthquake Agency， Taiyuan 030021， Shanxi， China;5. Hebei Earthquake Agency， Shijiazhuang 050001， Hebei， China）

Abstract：?The three-river basin of the southeast Qinghai—Tibet Plateau has widespread accumulation slopes， which can easily evolve into landslide disasters. In this study， the dynamic response characteristics and failure modes of earthquake-induced accumulation landslides in the Xiaguiwa slope in Batang， Sichuan Province， were investigated with shaking table model tests. Results show that the natural frequency of the slope increases because of the compaction of pores in the early stage of earthquake action. Under the excitation of a Maoxian wave， the slope shoulder responds strongly. Under the excitation of a high-amplitude Maoxian wave， the amplification effect weakens because of the decrease in the overall stiffness of the slope. The Hibert spectrum describes the propagation characteristics of the seismic wave in the slope. When propagating to the slope top， the high-frequency energy of the seismic wave is considerably enhanced. The amplification effect weakens after the seismic wave passes through the accumulation layer. Under the action of strong earthquakes， the response of the slope surface at a certain depth shows a consistent and violent phenomenon. The upper part of the slope will form a “detachment body”， which will show upward and downward jerky motion under earthquake action. The strongest dynamic response appears at the slope surface approaching a slip. The characteristics of the failure mode of the slope are as follows： in the early stage of the earthquake， soil peeling occurs on the slope surface under the coupled action of gravity and earthquake; as the earthquake amplitude increases， relative displacement occurs between the slope shoulder and the accumulation layer， and cracks appear on the surface of the accumulation layer; finally， obvious relative displacement occurs at the slope toe， and the accumulation layer deviates from the bedrock and accelerates to collapse. The sliding process of the slope accumulation layer can be divided into three stages according to the characteristics of seismic signals： （1） stable stage， （2） impending slip stage， and （3） slip stage.

Keywords：accumulation slope; shaking table test; time-frequency domain characteristics; slope engineering; dynamic response

0 引言

青藏高原位處地中海—喜馬拉雅地震帶，在印度與歐亞板塊的持續(xù)碰撞擠壓作用下，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，活動(dòng)斷裂發(fā)育，強(qiáng)震頻發(fā)［1］。大量震例表明，在青藏高原東南三江流域，地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要類型是滑坡和崩塌，具有數(shù)量多、分布廣、危害大的特點(diǎn)［2］。由于風(fēng)化和構(gòu)造作用，該區(qū)的巖質(zhì)斜坡往往在坡表堆積了一層相對(duì)于下部基巖更軟的土或巖體（一般為耕地土、礫石土、黏土等），形成堆積體斜坡［3］。堆積體斜坡堆積層多孔隙、節(jié)理垂直、結(jié)構(gòu)松散，對(duì)地震動(dòng)敏感，在強(qiáng)震作用下易發(fā)生變形破壞，演化為大規(guī)模、破壞性的滑坡［4］。在同震滑坡中，堆積體滑坡因分布范圍廣、規(guī)律性差、防治難度大，需額外注意。典型的堆積體滑坡有三峽庫區(qū)臥沙區(qū)滑坡［5］、汶川罐灘滑坡［6］、紫坪鋪古滑坡［7］、唐家山滑坡［8］、小林村滑坡［9］、永光村滑坡［10］等［11］。青藏高原東南三江流域橫跨青藏高原東南的高山峽谷區(qū)與藏北高原區(qū)，且斷裂帶繁多，地質(zhì)環(huán)境脆弱，災(zāi)害頻發(fā)。堆積體滑坡是三江流域廣泛存在的一類滑坡，發(fā)生時(shí)除造成直接經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡外，還常導(dǎo)致堰塞湖發(fā)生［12］。因此，探究強(qiáng)震作用下堆積體滑坡的動(dòng)力響應(yīng)特征和破壞模式是十分必要的。

國內(nèi)外研究者針對(duì)地震滑坡的動(dòng)力響應(yīng)特征與破壞模式曾開展大量研究，采取了理論分析［13-14］和數(shù)值模擬［15-16］等多種方法。近些年來，物理模型試驗(yàn)由于在斜坡地震動(dòng)力響應(yīng)定量研究方面的優(yōu)越性而被廣泛使用［17-19］。梁敬軒等［20］通過室內(nèi)物理模型試驗(yàn)，對(duì)堆積體斜坡中基-覆界面及坡面、傾角對(duì)堆積層的動(dòng)力響應(yīng)影響進(jìn)行了研究，得出堆積體斜坡的破壞模式由三者共同控制。張澤林等［21］研究地震振幅對(duì)黃土-泥巖斜坡動(dòng)力響應(yīng)特征的影響并分析了其破壞模式。Cao等［22］基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果，研究了降雨和地震耦合作用下風(fēng)化層堆積體斜坡的動(dòng)力響應(yīng)和破壞模式。Ma等［23］使用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)黃土-基巖斜坡的破壞模式進(jìn)行研究，并使用數(shù)值模擬進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)比。Chen等［24］基于能量角度對(duì)地震作用下黃土-基巖斜坡的能量特征進(jìn)行了研究，并用能量突變表征斜坡?lián)p傷。Zhou等［19］和Chen等［25］對(duì)多次不同振幅和方向地震作用下堆積體-基巖斜坡的損傷演化進(jìn)行了研究。Yu等［26］著重研究了跨斷裂帶黃土-泥巖斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特征。以上關(guān)于地震下堆積體斜坡的研究對(duì)于破壞模式的描述主要依據(jù)的是表觀的破壞特征，而更為深入的、關(guān)于堆積體斜坡整體的動(dòng)力特性，以及動(dòng)力響應(yīng)與滑坡發(fā)生時(shí)的關(guān)系卻很少有涉及。

本文選取青藏高原東南三江流域巴塘縣典型滑坡點(diǎn)，概化模型以開展堆積體斜坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，研究堆積體斜坡在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)特征與破壞模式，揭示了斜坡臨滑動(dòng)力響應(yīng)特征。結(jié)論對(duì)堆積體斜坡的防治以及邊坡工程領(lǐng)域的發(fā)展有一定價(jià)值。

1 試驗(yàn)概述

1.1 研究區(qū)概況

下歸洼滑坡位于金沙江沿岸，長約1 850 m，寬約1 000 m，面積約為1.7×106 m2，滑坡平均厚度約40 m，體積約4.9×107 m3，滑坡后緣高程約3 200 m，前緣高程約2 500 m。根據(jù)出露地層判斷，下歸洼滑坡被分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)域：A區(qū)為滑坡主要滑動(dòng)區(qū)，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，該區(qū)域的巖層嚴(yán)重彎曲和斷裂；B、C區(qū)坡面部分附著松散堆積層，受到地震作用有發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)；D區(qū)坡表主要為巖石，最右側(cè)覆蓋松散堆積層[圖1（a）]。

滑坡區(qū)位于巴塘與雄松—蘇洼龍（金沙江斷裂帶）西支兩個(gè)活動(dòng)斷層之間［圖1（b）］。巴塘斷層（F1）走向NE30°，傾向NW，約200 km長，是一條以右旋走滑活動(dòng)為主的全新世活動(dòng)斷裂帶，全新世晚期以來的水平滑動(dòng)速率為3～4 mm/a，歷史上觸發(fā)了多次6.0級(jí)以上地震［27-30］;雄松—蘇洼龍（F2）斷層走向近SN，約300 km長，古新世以來經(jīng)歷了幾百千米的右旋走滑運(yùn)動(dòng)［31-32］。研究區(qū)下部基巖為二疊系下統(tǒng)P1角閃巖和云母片巖，堆積層為第四系全新統(tǒng)Q4沖積、沖洪積、崩坡積堆積物［圖1（a）］。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)在北京工業(yè)大學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室地震模擬振動(dòng)臺(tái)設(shè)備上完成，表1所列為振動(dòng)臺(tái)設(shè)備參數(shù)。

1.3 相似關(guān)系及相似材料制作

π定理是量綱分析法的正規(guī)形式，π定理和量綱分析法對(duì)模型參數(shù)的確定起到重要作用。雖然量綱分析中出現(xiàn)的任意函數(shù)的具體形式未知，但只要保持無綱量不變，則模型的行為與原型等價(jià)［33］。

根據(jù)Buckingham π定理和量綱分析法，結(jié)合以往巖質(zhì)斜坡振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)研究，確定本次試驗(yàn)基本量綱的相似常數(shù)［34］。選取模型幾何尺寸L、密度ρ和時(shí)間t作為基本控制量。受限于試驗(yàn)條件，相似常數(shù)分別取為CL=100、Cρ=1、Ct=10，推導(dǎo)出的模型主要物理參數(shù)相似比如表2所列。

1.4 相似材料制作

硬巖和軟巖原型分別為青藏高原地區(qū)廣泛存在的角閃巖與云母片巖。角閃巖物理力學(xué)參數(shù)通過單/三軸與巴西劈裂試驗(yàn)獲取，云母片巖物理力學(xué)參數(shù)參考現(xiàn)有資料進(jìn)行取值［35］?；鶐r上堆積層使用黃土摻少量碎石，以模擬堆積層真實(shí)情況。

將各種選材因素納入考慮范圍，參考斜坡模型試驗(yàn)常用的幾種相似材料及不同配比下的物理力學(xué)參數(shù)［36］。模型斜坡中有兩種巖性巖塊，巖塊采用粉質(zhì)黏土、石膏、石英砂、甘油和水作為模型的相似材料，通過點(diǎn)荷載等試驗(yàn)確定模型材料的材料配比和物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)果如表3、4所列。

1.5 模型制作

以下歸洼滑坡B、C區(qū)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了如圖2所示的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｐ逼履Ｐ偷闹谱髟谀Ｐ拖鋬?nèi)完成，制作模型的空間順序?yàn)橛上碌缴稀⒂衫锏酵?，提前預(yù)制好的巖塊逐塊砌筑，最后在砌筑完成的基巖坡上鋪上土層以模擬斜坡上覆的堆積層。斜坡模型的詳細(xì)制作流程為：（1）查閱模型試驗(yàn)相關(guān)資料，結(jié)合量綱分析法和π定理確定模型材料的相似比和物理力學(xué)參數(shù)。（2）準(zhǔn)備原材料，人工將原材料攪拌均勻?yàn)榱鲬B(tài)，使用不同規(guī)格的模具將原材料制作為預(yù)制巖塊。（3）在模型箱底部鋪設(shè)土層并夯實(shí)，鋪設(shè)土層高為10 cm，底部土層的存在可以防止模型斜坡底部橫向的滑動(dòng)位移，同時(shí)在模型箱的X向兩側(cè)增設(shè)

5 cm厚泡沫板以減少邊界效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。（4）由里到外，由下到上逐塊地將預(yù)制塊分層砌筑。根據(jù)以往的相似試驗(yàn)，同時(shí)為保證巖塊與滑動(dòng)面的強(qiáng)度差，層間滑動(dòng)面使用黏土、石膏和少量滑石粉材料模擬。（5）在基巖坡砌筑完成后，在坡表鋪設(shè)15 cm厚的黃土層摻少量碎石，并使用手動(dòng)夯實(shí)器夯實(shí)。最終成型的斜坡如圖3所示。

1.6 傳感器布設(shè)與加載方案

為研究斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特征和動(dòng)力特性，在斜坡的坡表和坡內(nèi)布置共計(jì)22個(gè)加速度傳感器，同時(shí)在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上布置1個(gè)加速度傳感器作為基準(zhǔn)點(diǎn)。傳感器全部布置在模型中間的縱剖面上以減輕邊界效應(yīng)，如圖4所示。

試驗(yàn)輸入的地震波采用天然波和人工波兩種類型，加載方向?yàn)閄向。天然波為汶川地震中茂縣監(jiān)測(cè)臺(tái)站實(shí)測(cè)到的茂縣波，茂縣地震波持續(xù)了300 s;人工波采用100年超越概率為10%（100 a-10%）的地震波和10 Hz正弦波（正弦波作用為使斜坡破壞）。以往研究采用的地震波大多為單峰或雙峰的地震波，很少有考慮到地震波峰值持續(xù)時(shí)間比較長的情況，且很少考慮輸入地震波的合理性。根據(jù)當(dāng)?shù)貪撛谡鹪磪^(qū)特征，使用中國地震局XQH4.0軟件人工合成了一條100年超越概率為10%人工波。茂縣波和100 a-10%地震波的時(shí)程曲線和頻譜特征曲線如圖5所示。圖中所展示的地震波為茂縣波原波，加載波形為時(shí)間壓縮比10倍的茂縣波。地震波的加載幅值選取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g、0.7g、0.8g和1.0g，詳細(xì)加載次序見圖6。

2.1 動(dòng)力特性

斜坡的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)特征分別可以對(duì)斜坡的地震特征進(jìn)行定性和定量分析。斜坡的動(dòng)力特性可以反映斜坡動(dòng)力響應(yīng)的內(nèi)在規(guī)律，斜坡的固有動(dòng)力特性包括自振頻率和阻尼比，可以通過傳遞函數(shù)獲得［37］。在本試驗(yàn)中，傳遞函數(shù)是斜坡的動(dòng)力特性在頻域內(nèi)的形式，即斜坡本身對(duì)輸入信號(hào)在頻域中傳遞特性的描述，將獲得的傳遞函數(shù)峰值進(jìn)行歸一化后得到加速度模式，再采用半功率帶寬法計(jì)算阻尼比。

圖7（a）為通過傳遞函數(shù)法獲取的斜坡初始自振頻率。圖7（b）為地震波加載歷程中自振頻率和阻尼比變化曲線。由圖7（b）可以看出，經(jīng)過地震作用之后，斜坡自振頻率下降，阻尼比上升，這與前人的研究結(jié)果相同，驗(yàn)證了我們所進(jìn)行的試驗(yàn)的合理性［37-38］。在0.1g地震波作用后，斜坡自振頻率上升，阻尼比下降，說明斜坡此時(shí)內(nèi)部的塊體間發(fā)生相互碰撞、擠壓，導(dǎo)致塊體間空間被擠密。因此，此時(shí)自振頻率和阻尼比的變化趨勢(shì)與正常情況下相反。真實(shí)斜坡在遭遇最初的地震時(shí)，也可能會(huì)由于地震的強(qiáng)烈作用導(dǎo)致內(nèi)部巖體相互碰撞、擠密。

2.2 動(dòng)力響應(yīng)基本規(guī)律

為研究斜坡各位置動(dòng)力響應(yīng)特征，選取峰值場(chǎng)地加速度（Peak Ground Acceleration，PGA）放大系數(shù)為分析參數(shù)，定義PGA放大系數(shù)為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的峰值加速度與臺(tái)面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的峰值加速度之比，以此來反映斜坡上各點(diǎn)動(dòng)力響應(yīng)的強(qiáng)弱關(guān)系。

為研究堆積體斜坡在地震作用下的基本動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，選取幅值為0.1g和0.5g的茂縣波、幅值為0.5g的100 a-10%人工合成波和幅值為1.0g的10 Hz正弦波（滑動(dòng)過程中）作為輸入條件，繪制斜坡PGA放大系數(shù)等值線圖。由圖8可以看出，斜坡未滑動(dòng)時(shí)，在地震波激勵(lì)下，斜坡頂部的PGA放大系數(shù)最大。除此之外，相對(duì)于斜坡其他位置，斜坡中部土層的PGA放大系數(shù)也有明顯增大現(xiàn)象。堆積體斜坡也存在動(dòng)力響應(yīng)在坡腳減弱的現(xiàn)象，這可能是由于斜坡底部平面給斜坡表面的堆積層附加了約束［39］。

在茂縣波和100 a-10%人工合成波激勵(lì)下，斜坡上的動(dòng)力響應(yīng)分布是相似的。高幅值茂縣波激勵(lì)下，因斜坡整體剛度降低，斜坡的PGA放大系數(shù)減小。在1.0g幅值、10 Hz正弦波激勵(lì)下，由于此時(shí)斜坡堆積層發(fā)生滑動(dòng)，斜坡靠近坡表大概350 mm深度范圍內(nèi)的動(dòng)力響應(yīng)很強(qiáng)烈，PGA放大系數(shù)大于1.9的區(qū)域約占整個(gè)斜坡剖面面積的一半。此時(shí)，PGA放大系數(shù)在坡表中部達(dá)到最大值。由此可見，當(dāng)發(fā)生幅值比較大的地震時(shí)，此類斜坡可能會(huì)誘發(fā)比較嚴(yán)重的災(zāi)害。總而言之，在堆積層未滑動(dòng)時(shí)，斜坡上覆的堆積層對(duì)斜坡動(dòng)力響應(yīng)并無大的影響。而在致使堆積層滑動(dòng)的強(qiáng)震作用下，坡表處動(dòng)力響應(yīng)明顯強(qiáng)于其他位置，動(dòng)力響應(yīng)最強(qiáng)的位置位于坡表1/2高程處兩側(cè)。

3 斜坡動(dòng)力響應(yīng)特征

地震波在斜坡中傳播時(shí)會(huì)引起斜坡振動(dòng)。根據(jù)前人的研究，斜坡動(dòng)力響應(yīng)在空間上的變化規(guī)律可用“高程效應(yīng)”和“趨表效應(yīng)”來表示?！案叱绦?yīng)”表現(xiàn)為隨斜坡高程增加，斜坡動(dòng)力響應(yīng)呈增大趨勢(shì);“趨表效應(yīng)”表現(xiàn)為越接近坡表，斜坡動(dòng)力響應(yīng)越劇烈。

3.1 斜坡高程效應(yīng)

圖9為在0.1g茂縣波激勵(lì)下堆積體斜坡堆積層兩側(cè)不同高程處的Hibert譜熱圖，第1列和第2列測(cè)點(diǎn)由上到下分別為A13～A17和A18～A22。Hibert譜清晰地描述了地震能量在時(shí)域和頻域上的分布。結(jié)合堆積層同一側(cè)的測(cè)點(diǎn)可以觀測(cè)出地震能量沿高程的分布呈現(xiàn)出“高程效應(yīng)”。在0.1g茂縣波激勵(lì)下，基覆層兩側(cè)地震信號(hào)的頻率在斜坡底部主要集中在30 Hz左右;隨高程增加，低頻能量轉(zhuǎn)為高頻能量，斜坡中上段的A16、A17、A21和A22信號(hào)頻率主要分布在30～40 Hz。地震能量主要分布在5～10 s，和茂縣波時(shí)程圖峰值區(qū)域所在時(shí)間區(qū)域一致;10 s后信號(hào)頻率主要分布在30 Hz左右;由于斜坡體的濾波作用，隨著高程增加，10 s后的地震能量減弱。與堆積層左側(cè)相比，坡表的地震能量峰值所對(duì)應(yīng)的頻率更低，這是由于堆積層對(duì)地震波的改造作用。

3.2 斜坡趨表效應(yīng)

圖10為0.1g～0.3g幅值茂縣波激勵(lì)下斜坡不同水平面上PGA放大系數(shù)曲線。由圖10可以明顯看出，在斜坡不同高程上的水平面上，由內(nèi)到外，斜

坡PGA放大系數(shù)變化規(guī)律不一致：在斜坡底部和斜坡1/4高程水平面處，PGA放大系數(shù)由內(nèi)到外先增大，靠近坡表時(shí)減小;在斜坡1/2高程水平面上，PGA放大系數(shù)在坡表減小;在斜坡3/4高程水平面上，坡表PGA放大系數(shù)最大，這證實(shí)了堆積體斜坡破壞從坡肩開始破壞。在斜坡底面、1/4和1/2高程水平面上，坡表附近的PGA放大系數(shù)均有減弱現(xiàn)象，這與董金玉等［40］和吳志堅(jiān)等［41］所得到的距離坡表越近，PGA放大系數(shù)越大不同。根據(jù)Indraratna等［42-43］的研究，認(rèn)為動(dòng)力響應(yīng)在坡表附近減弱的原因是地震波在強(qiáng)度較低的材料中的透射能力非常弱。材料所具備的這種特性可能是因?yàn)榈卣鸩▊鞑r(shí)導(dǎo)致材料振動(dòng)，在層間顆粒的崩解與交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)使地震波的能量被吸收掉一部分。

4 堆積層滑動(dòng)狀態(tài)下斜坡動(dòng)力響應(yīng)

圖11為1.0g幅值、10 Hz正弦波激勵(lì)下斜坡坡表的地震波時(shí)程曲線。在斜坡堆積層處于滑動(dòng)狀態(tài)時(shí)，堆積層的動(dòng)力響應(yīng)有明顯增大，且滑動(dòng)狀態(tài)下地震波時(shí)程曲線形態(tài)發(fā)生了畸變。在坡表下段，畸變并不明顯，而在坡表中上段明顯可以看到地震波時(shí)程曲線后半段的形態(tài)發(fā)生了變化，呈收縮狀。此時(shí)斜坡上覆土體發(fā)生滑動(dòng)，PGA放大系數(shù)最大的位置位于時(shí)程曲線的前半段，可以推斷坡表最劇烈的動(dòng)力響應(yīng)的產(chǎn)生原因是在強(qiáng)烈地震作用下，斜坡堆積層發(fā)生顛簸，而不是堆積層滑動(dòng)導(dǎo)致的。

在1.0g、10 Hz正弦波激勵(lì)下堆積層發(fā)生滑動(dòng)，圖12為在該正弦波激勵(lì)下斜坡PGA放大系數(shù)在坡表和坡內(nèi)沿高程向和水平向的變化曲線。在坡表0～1/4高程段和坡內(nèi)0～1/2高程段，PGA放大系數(shù)隨高程增加而增大，到此位置后無論是坡內(nèi)還是坡表的PGA放大系數(shù)均保持在一個(gè)很大的數(shù)值上，可以說明斜坡在此位置以上的動(dòng)力響應(yīng)均很強(qiáng)烈。而在水平向上，在1/4和1/2坡高的水平面上，隨著距離坡表越來越近，斜坡PGA放大系數(shù)先增大，而后相似地保持在一個(gè)很大的數(shù)值上。在強(qiáng)震作用下，斜坡一定高度以上坡表附近會(huì)形成一定區(qū)域的“脫離體”，“脫離體”和斜坡下部的反應(yīng)有區(qū)別，波動(dòng)劇烈，該區(qū)域內(nèi)的動(dòng)力響應(yīng)也比較相似。

根據(jù)高速攝像機(jī)拍攝的試驗(yàn)過程，堆積體斜坡的破壞過程可分為三個(gè)階段（圖13）：

第一階段（穩(wěn)定階段）：地震初期，堆積層在重力和地震力的耦合作用下出現(xiàn)表層巖土體剝離現(xiàn)象，坡腳出現(xiàn)大量剝離的巖土體（為使斜坡縫隙符合常態(tài)的低幅值地震波～0.5g）;

第二階段（臨滑階段）：在斜坡頂部，坡肩和堆積層發(fā)生明顯相對(duì)位移，堆積層上部和坡表1/4～1/2高程處出現(xiàn)裂縫（0.5g～0.8g）;

第三階段（臨滑階段和滑移階段）：坡腳發(fā)生明顯相對(duì)位移，隨后堆積層偏離基巖加速滑塌（0.8g～1.0g、10 Hz正弦波）。

由地震作用直接導(dǎo)致的堆積體滑坡可以劃分為三個(gè)階段：（1）穩(wěn)定階段，堆積層斜坡未發(fā)生滑坡且堆積層動(dòng)力響應(yīng)不強(qiáng)烈;（2）臨滑階段，堆積層處出現(xiàn)滑坡發(fā)生前后最劇烈的振動(dòng)，該時(shí)刻堆積層具備最大的峰值加速度，整個(gè)斜坡的上部具備相近的峰值加速度;（3）滑移階段，由于第二階段破壞了基巖滑床和堆積層之間的黏結(jié)，導(dǎo)致發(fā)生滑坡。

5 討論與結(jié)論

本文基于振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，研究了地震作用下堆積體斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特征與破壞模式，選取了匹配當(dāng)?shù)靥卣鞯牡卣饎?dòng)——100年超越概率10%人工波，重點(diǎn)研究了堆積體斜坡臨滑時(shí)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)特征。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，相比于茂縣波激勵(lì)，100 a-10%人工波激勵(lì)下堆積體斜坡PGA放大系數(shù)較小。與茂縣波激勵(lì)下斜坡動(dòng)力響應(yīng)放大區(qū)集中于坡肩相比，100 a-10%人工波激勵(lì)下坡表中部也有相對(duì)較大的放大效應(yīng)，這些現(xiàn)象與地震波的頻譜成分有關(guān)。在由地震引發(fā)的堆積體滑坡中，最強(qiáng)烈的動(dòng)力響應(yīng)出現(xiàn)于滑坡發(fā)生前的一小段時(shí)間內(nèi)。在強(qiáng)烈地震作用下，斜坡臨空面附近會(huì)與斜坡下部發(fā)生脫離，在非常大的峰值加速度下振動(dòng)。

該試驗(yàn)揭示了堆積體斜坡在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)特征和破壞模式，為此類斜坡的防治提供了依據(jù)，尤其對(duì)基巖坡角為45°的平鋪型堆積體斜坡具有重要參考價(jià)值。主要結(jié)論如下：

（1） 在地震作用下，斜坡的自振頻率呈降低趨勢(shì)，而阻尼比呈增大趨勢(shì)，但在地震最初作用階段，規(guī)律與此相反。常態(tài)下，斜坡坡肩動(dòng)力響應(yīng)最劇烈，坡表中部也有比較明顯的動(dòng)力響應(yīng)。常態(tài)下，不同地震波作用時(shí)，斜坡動(dòng)力響應(yīng)特征相似。因?yàn)樾逼抡w剛度的下降，0.5g幅值茂縣波激勵(lì)下的PGA放大系數(shù)小于0.1g幅值茂縣波。在致使堆積層滑動(dòng)的地震作用下，斜坡坡表附近動(dòng)力響應(yīng)強(qiáng)烈，PGA放大系數(shù)最大處位于坡表中段兩側(cè)。

（2） 隨高程增加，斜坡能量呈增大趨勢(shì)。地震波到達(dá)10 s后（地震波達(dá)到峰值）的地震能量減弱，高頻段的斜坡動(dòng)力響應(yīng)放大比低頻段強(qiáng)烈，高頻段峰值隨斜坡高程增加逐漸增大，而低頻段峰值在部分區(qū)域減小。

（3） 在不同高程水平面上，由坡內(nèi)到坡外，PGA放大系數(shù)變化規(guī)律不同。在斜坡底面、1/4高程水平面和1/2高程水平面上，坡表附近的動(dòng)力響應(yīng)有減弱現(xiàn)象。100 a-10%人工合成波激勵(lì)下的斜坡動(dòng)力響應(yīng)弱于天然波。

（4） 在足以造成斜坡堆積層滑動(dòng)的強(qiáng)震作用下，坡表PGA放大系數(shù)最大值出現(xiàn)在堆積層滑動(dòng)前，是因?yàn)樵诘卣鹱饔孟滦逼露逊e層發(fā)生顛簸。在強(qiáng)震作用下，斜坡一定高度以上靠近坡表的位置會(huì)形成一定區(qū)域的“脫離體”，發(fā)生劇烈的振動(dòng)。斜坡堆積層滑落過程可分為三階段：（1）穩(wěn)定階段;（2）臨滑階段;（3）滑移階段。

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（本文編輯：賈源源）

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2018YFC1505001）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023YFC3007305，2019YFC1509403）；國家自然科學(xué)基金（51978633，51678537）

第一作者簡介：唐學(xué)武（1987-），男，湖南邵陽人，碩士研究生，工程師，主要從事工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)，活動(dòng)構(gòu)造，地震工程地球物理勘探方面的研究。E-mail：527480544@qq.com。

通信作者：王 晨（1998-），男，黑龍江牡丹江人，博士研究生，主要從事鏈生地震災(zāi)害與震源模擬方面的研究。E-mail：1422896940@qq.com。

唐學(xué)武，王晨，郭明珠，等.青藏高原東南三江流域黃土類堆積體斜坡地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)研究：以四川巴塘下歸洼滑坡為例［J］.地震工程學(xué)報(bào)，2024，46（3）：536-547.DOI：10.20000/j.1000-0844.20230127001

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