西南地區地震滑坡坡度分布特征研究

樊曉一

（西南科技大學 土木工程與建筑學院，四川 綿陽 621010)

西南地區地處我國青藏高原向四川盆地的過渡地段，由于其特殊的地質地貌環境和強烈的內、外動力條件，地震誘發的滑坡常造成巨大的災害損失和人員傷亡[1-3]。而且地震導致的滑坡災害會持續較長的一段時間，一旦發生較大規模的滑坡，會造成嚴重的建筑毀壞和人員傷亡。震后滑坡災害將會給災區的恢復重建造成嚴重的安全隱患，威脅到當地群眾的生命財產安全。

地震誘發滑坡在我國分布非常普遍，根據對1949年至2005年近60年以來Ms≥5.0 級300多個地震震例的研究結果表明[4]，全國20多個省區都有地震誘發崩塌滑坡災害發生，特別是地震較多的西部地區，地震誘發崩塌滑坡尤其嚴重。地震誘發滑坡災害不僅可以造成生命、財產損失，破壞生命線工程，其造成的堰塞湖等次生災害危害程度有時甚至超過地震本身；另外地震誘發崩塌滑坡災害是震后應急中制定救援決策、選擇救援路線的重要影響因素，所以對地震誘發滑坡災害進行系統研究，是今后地震災害研究中應該重點關注的一個方面。

1 西南地區的地震概況

圖1 西南地區地震地質構造綱要圖

造成2008年5.12 汶川地震的主要構造映秀-北川斷裂帶，傾向北西，傾角60°～70°。地質構造處于龍門山褶斷帶之北川斷裂帶，是前龍門山褶皺帶與后龍門山褶皺帶的分界線。1973年2月6日，四川省甘孜藏族自治州境內的爐霍縣發生了7.9 極地震。地震發生在青藏高原東南部的鮮水河中游，位于印支期的甘孜－阿壩褶鄒帶內的爐霍－道孚斷裂帶上。該斷裂帶北西向展布，沿該斷裂帶曾發生過多次強震。1974年5月11日，云南昭通發生7.1 級地震。據調查，該次地震除了與北東向的高橋－元亨隱伏斷裂的活動有關外，還與近東西向的鹽津－丁木構造帶和北西向的綏江－鹽津構造帶有關。1976年8月16日和23日，四川松潘、平武相繼發生了兩次7.2級地震，正處于龍門山北東向構造帶、西秦嶺東西向構造帶和岷山南北向構造帶的匯合部位，構造比較復雜。其具體位置發生在岷山南北向構造帶的虎牙斷裂帶上(圖1)。

表1 西南地區地震滑坡坡度分布

2 地震滑坡坡度分布

坡度對滑坡的發育具有重要影響。坡體的臨空面是否能成為有效臨空面[5]，與坡體的坡度的關系極大。斜坡的坡度與可能轉化為滑動面的坡體結構面傾角決定了坡體的臨空面能否成為滑坡發育的有效臨空面。斜坡的坡度一直被認為是影響滑坡穩定性的重要因素，并決定于滑坡的幾何特征。同時，坡度應力分布，也決定著滑坡的穩定性。地形坡度越陡則越容易引發滑坡、崩塌。就滑坡而言，在某一地區條件下存在著一個容易觸發的角度范圍，若大于該角度范圍，則容易引起崩塌。在不同的地震區域，受地質構造、地層巖性等條件的影響，地震滑坡發育的優勢坡度范圍存在一定的差異（表1）。

根據現場調查和遙感解譯的汶川地震滑坡與爐霍地震、昭通地震、松潘-平武地震誘發滑坡的優勢坡度范圍為30～50°[6-8]，這與已有的研究結果一致[9-11]。根據地震滑坡坡度分布的統計特征，結果顯示Logistic分布能最佳擬合其分布規律。Logistic分布函數為：

式中，a為L(a,b)分布的位置參數，b為尺度參數。b 值越小曲線越陡，b 值越大曲線越平直。位置參數顯示了地震滑坡的最優勢坡度，圖2 表明西南地區地震滑坡的最優勢坡度非常接近，約為40°。尺度參數表明了地震滑坡坡度分布的集中度，其值越小，表明有效坡度范圍越小，坡度集中度高。汶川地震與松潘-平武地震滑坡的坡度集中度相對較高，并且其數值接近，從地質構造和地形地貌特征上也說明地震滑坡坡度發育的區域特征。

圖2 西南地區地震滑坡坡度分布和擬合曲線

3 地震滑坡與降雨滑坡坡度分布

地貌對地震滑坡的影響主要有二個方面：一是坡度和坡高的；二是坡形。前者的影響遠大于后者。地震時,斜坡上的振動幅度隨著高度有所提高,主水平分量變化大。變化的性質取決于振動頻率、振動傳來的方向和斜坡的坡度等。斜坡的測震觀測結果指出[11]：①斜坡上的地震烈度相對于谷底增加1 度左右。②在角度超過15°的截圓錐狀山體上部點的位移幅值與其下部幅值相比，其局部譜段值增加高達7倍。

降雨對滑坡體影響有滑體含水率、滑體容重、滑帶土內摩擦角、內聚力的變化等，該影響具有一定的時間進程。另一個直接影響是地下水位及孔隙水壓力的變化，降雨導致滑坡的地下水位升高，孔隙水壓力增大。地下水對滑坡及斜坡穩定性的影響包括對巖土體強度和斜坡應力狀態的影響兩個方面。滑坡坡度影響降雨產流的進程，進而影響地下水位及孔隙水壓力的變化[12]。

地震滑坡與常見降雨誘發滑坡明顯不同的是，前者滑坡滑床不具有連續平整的滑面，“地震拋擲”和“撞擊崩裂”是地震極震區滑坡的一大共性[2]，其坡度分布遵循兩個參數的Logistic分布規律，即位置參數和尺度參數就可描述地震滑坡的坡度分布特征。已有的研究表明，降雨滑坡常具有連續的滑動面，滑坡發育歸結于滑動面受地下水影響導致其內聚力和抗剪強度減小,滑坡的驅動力是坡體內部的剪切力，其與坡度成正比。已有研究表明降雨滑坡坡度分布遵循三參數Weibull分布規律[13,14]，形狀參數控制函數分布的形狀，其值大于1 表示滑坡結構可靠性分析上的疲勞故障，是由于坡體結構演化而導致的累計破壞；尺度參數控制著Weibull分布的概率密度函數圖膨脹、縮減程度和坡度峰值位置的位移,表示滑坡最敏感的坡度；位置參數控制概率密度函數的平行位移和滑坡發育的最小坡度。

4 地震滑坡坡度坡率分布

應用Logistic分布的累積概率分布函數得到基于地震滑坡坡度累計分布方程：

此評價模型中表示滑坡累計分布率。它表示斜坡在同一地震誘發滑坡的范圍內，坡度在[0,x]的條件下發生滑坡坡度分布的概率。由此，當坡度為[1x,x2]范圍內，同一地震誘發滑坡的分布率表示為：

圖3根據Logistic 的位置參數和尺度參數得到西南地震滑坡坡度概率分布特征。汶川地震和松潘-平武地震滑坡的尺度指數最小，滑坡坡度分布優勢坡度區域最小，集中度最高。廬霍地震，昭通地震滑坡坡度尺度指數最大，四個地震滑坡在30°～50°區間占滑坡總數分別為87.2%、75.9%、77.7%、68.0%。地震滑坡坡度分布與地震區的地形地貌、地震震級密切相關。汶川地震、廬霍地震、松潘-平武地震和昭通地震同在中高山地形地貌區，地震滑坡優勢坡度區域內滑坡數占滑坡總數比值與地震震級呈正相關關系。

圖3 地震滑坡坡度坡率分布

圖4 地震滑坡坡度的累積分布

圖4根據Logistic 的位置參數和尺度參數得到西南地震滑坡隨坡度的累積分布。累積Logistic分布表示地震滑坡坡度分布的概率，表示了任一坡度范圍各地震滑坡的分布率，在進行地震滑坡危險性評價中，可利用圖4 獲得地震區域不同坡度范圍滑坡的分布率。

因此，利用公式(2)和圖3可對典型地震滑坡分布規律進行計算和評價；利用公式(3)和圖4 則可計算和評價區域地震滑坡坡度分布特征。

5 結論

地震滑坡的驅動力是地震震動力和坡體內部的剪切力，滑坡坡度是地震滑坡發育的重要控制因素。西南地區的地震滑坡主要發育在中高山地形地貌區域，滑坡的坡度在60°以下，坡度在60°以上的坡體，破壞主要以崩塌和滾石的方式發生。地震滑坡坡度頻率分布就遵循Logistic分布，位置參數表示了地震滑坡的最優勢坡度，尺度參數表明了有效坡度區域的集中程度，并且尺度參數與地震震級呈負相關關系。

地震的作用導致了坡體震裂和松散，在余震、降雨等其他誘發因素下極易產生新的滑坡災害，如何確定新滑坡的發育特征以及地震災區滑坡危險度區劃，是地震災區滑坡減災防災關鍵問題之一。而對評價因子的定量化計算歷來是滑坡危險性評價的關鍵環節和技術難點，利用Logistic分布函數建立地震滑坡坡度分布圖可對典型滑坡坡度的分布進行定量計算；累積地震滑坡坡度分布圖為地震災區的區域滑坡坡度分布評價提供了新的方法。此研究方法可推廣應用于滑坡其它影響因子的分布特征定量計算。

[1]謝和平,鄧建輝,臺佳佳,等.汶川大地震災害與災區重建的巖土工程問題[J].巖石力學與工程學報,2008,27(8):1781～1791.

[2]殷躍平.汶川八級地震地質災害研究[J].工程地質學報,2008,16 (4):433～444.

[3]崔鵬,韋方強,何思明,等.5·12 汶川地震誘發的山地災害及減災措施[J].山地學報,2008,26(32):80～82.

[4]http://www.csi.ac.cn/manage/html/4028861611c5c2ba0111c5c558b00001/_content/09_03/02/1235978074754.html

[5]喬建平.滑坡減災理論與實踐[M],北京：科學出版社,1997:34～47.

[6]劉歲海,劉愛平.四川省康定縣滑坡災害發育特征與形成條件[J].中國地質災害與防治學報,2006,17 (3):27～31.

[7]楊濤,鄧榮貴,劉小麗.四川地區地震崩塌滑坡的基本特征及危險性分區[J].山地學報,2002,20 (4):456～460.

[8]孫崇紹,蔡紅衛.我國歷史地震時滑坡崩塌的發育及分布特征[J].自然災害學報,1997,6 (1):25～30.

[9]劉新榮,胡元鑫,葛華等.“5.12 汶川地震”映秀極震區地震滑坡編目分析[J].重慶大學學報,2011,34(11):86～96.

[10]許沖,戴福初,肖建章.“5.12”汶川地震誘發滑坡特征參數統計分析[J].自然災害學報,2011,20(4):147～153.

[11]樊曉一,張友誼,楊建榮.汶川地震滑坡發育特征及其影響因素[J],自然災害學報,2012,21(1):128～134.

[12]蘭恒星,周成虎,王苓涓,等.地理信息系統支持下的滑坡-水文耦合模型研究[J].巖石力學與工程學報,2003,22(8):1309～1314.

[13]Iwahashi J.,Watanabe S.,Furuya T.,Mean slope-angle frequency distribution and size frequency distribution of landslide masses in Higashi kubiki Area,Japan[J].Geomorphology,2003,50:349-364.

[14]Fan Xiaoyi,Qiao Jianping.Based on Stratum Gradient Frequency distributi-on of landslides slope-angle in Three Gorges area,northeast Chongqing.Wuhan University Journal of Natural Sciences,2006,11 (4):767-772.