地震誘發老滑坡堆積體復活機制研究及穩定性評價

李金洋，郝彥鵬，佘 濤，熊德清

（1.中國地質科學院探礦工藝研究所，四川成都611734；2.河北建設勘察研究院有限公司,河北石家莊050031）

受“5·12”汶川地震影響，地震災區斜坡的坡體產生規模不等的單體滑坡3000多處[1-2]，目前眾多學者對地震誘發大型巖質滑坡的發育分布規律[3-5]、形成機理[6-8]等進行了較詳細的研究，取得了豐富的成果。在現場調研中，發現老滑坡堆積體在地震影響下，也發生了不同程度的變形破壞，而目前對地震導致古滑坡或老滑坡復活的特征以及機理研究的案例較少。因此，本文以北川縣筲箕窩滑坡為例，采用數值模擬的方式，研究了在地震作用下，老滑坡復活機理，并根據變形破壞特征對其在不同工況下的穩定性進行評價，該成果對豐富、完善地震誘發斜坡地質災害具有一定意義。

1 地質環境條件

滑坡區為侵蝕構造中山，相對高差超過1000m，溝谷谷坡一般大于20°；滑坡區及其附近出露地層主要為志留系中上統茂縣群組第三亞組第一段基巖（S2-3mx3-1），出露基巖產狀330°∠46°～51°，發育2組結構面，產狀分別為235°∠77°、330°∠80°，前者間距0.5～2m，延伸較短，后者間距1～3m，延伸較長，裂隙局部張開1～2cm。

構造上處在龍門山后山褶皺帶，為大魚口倒轉復向斜的南西翼。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），滑坡區地震峰動加速度為0.40g，地震動反應譜特征周期為0.3s，地震基本烈度調整為Ⅹ度。

2 滑坡特征

2.1 老滑坡基本特征

筲箕窩滑坡位于老麂溝的右岸河流轉彎處，斜坡為順向坡，老滑坡平面上呈長舌狀，主滑方向為330°，高差約400m，長1050m，寬260～320m，厚度為25m，滑坡整體體積為約8.17×107m3，為大型滑坡?；滦螒B呈陡—緩—陡狀，上、中、下部平均坡度分別為：28°、19°、23°?；w由碎石土與似層狀塊碎石土組成，下部似層狀大塊石局部架空，為滑坡充分解體后產生。根據現場勘查發現，筲箕窩滑坡老滑坡為滑移—潰曲形成。

2.2 滑坡地震復活（變形破壞）特征

按照滑坡實際的地形及變形特征將筲箕窩滑坡分為3個復活體（圖1、圖2）。1#復活體位于老滑坡的后部，整體蠕滑，具明顯變形跡象，后部與中后部形成拉多處張裂縫與多級下錯陡坎，中前部泉水出露。2#復活體位于滑坡右側的中前部，滑坡后部出現幾條裂縫，裂縫未圈閉，前部有輕微鼓脹現象；3#復活體位于老滑坡的左側的中前部，僅前緣局部有變形破裂跡象，整體處于蠕滑階段，變形跡象較弱。

3 地震導致滑坡復活機制的數值模擬分析

3.1 計算模型建立

根據實際邊界條件，建立滑坡計算模型空間形態特征。由于坡體物質存在明顯的分層特征，表層碎塊石土及深部基巖物理力學性質存在較大差異性，將計算模型材料分為基巖與碎石土2種材料，數值模擬中采用Mohr-Coulomb準則[9]、選取物理力學參數見表1。

表1 巖土體物理力學參數取值

初始狀態下，只考慮自重應力場，不考慮構造及初始位移場。計算模型四周設置法向約束，底部設置成固定約束邊界，滑坡表面設置成自由邊界。地震狀態下，模型周邊設置為自由邊界、底部設置為靜止邊界，以此減少模型邊界上波的反射。如前述，滑坡區烈度為Ⅹ度、地震加速度為0.4g，卓越周期取值為0.3s，采用合成加速度時程曲線作為地震荷載施加在模型的底部，并選取局部阻尼，阻尼系數取0.15。

3.2 數值模擬結果分析

（1）初始剪應變增量特征分析。筲箕窩滑坡滑坡體為結構較松散的第四系碎石土組成，滑床為基巖，兩者物理力學參數相差甚大，易在基覆界面處產生剪應力集中，成為潛在的失穩破壞位置。從初始狀態剪應變增量剖面（圖3）可看出，坡體的剪切應變集中帶沿覆滑體與基巖的接觸面分布，數值分析與理論分析相吻合。初始條件下剪切應變高值區分布在滑坡的上下兩處，上部較下部應變大，由此可知堆積體變形破壞的發展首先是從堆積體后緣開始。

圖3 初始狀態下剪應變增量剖面特征圖

（2）地震作用下剪應變增量特征分析。地震對滑坡造成的影響主要集中在后部，前部斷續分布，與初始狀態相比，地震狀態下滑坡剪切應變增量分布區域相似，但在幅值與條帶范圍均有所擴大，證明了地震加劇了斜坡變形，是滑坡復活的誘發因素；在坡體內部剪切應變增量集中帶仍在巖土界面處，在后緣坡內與地表連通，在后緣已經出現貫通剪應變，基巖內部未出現剪應變增量，說明地震只對滑坡堆積體本身產生影響（圖4）。

圖4 地震作用下剪應變增量剖面特征圖

（3）地震作用下總位移特征分析。通過地震作用下的最大位移云圖（圖5）可以看出，數值模擬與現場調查的宏觀變形破裂現象基本吻合。地震作用下，最大位移主要集中在堆積體中后部，最大位移值0.4m，很好地解釋了地震波的高程放大效應[10]；除后部出現的位移集中區外，在前部坡度較陡段及堆積體較厚段也出現應力集中區，說明斜坡對地震波的響應受地形的影響。

4 滑坡穩定性分析

（1）計算方法及工況選取?；跇O限平衡理論，選取圖1中的1-1′與2-2′剖面作為進行條分剖面，對滑坡的整體與局部在不同工況下的穩定性進行計算。其中，降雨工況下選取飽水狀態的巖土體物理學參數，地震工況下同時考慮地震慣性力與重力。

圖5 地震作用下最大位移分布圖

穩定性計算地震慣性力只考慮水平推力，水平地震慣性推力計算按下公式計算：

式中：Kh——地震加速度；

W——滑塊自重。

計算參數參照表1。

（2）計算結果分析。按上述計算模型和計算參數，采用不同方法對滑坡穩定性進行計算，結合各復活區及整體在不同工況下的穩定性計算結果，根據《滑坡防治工程勘查規范》（DZ/T0218-2006）滑坡穩定狀態劃分標準，對各潛在不穩定體的穩定性狀況進行初步評價（表2）。

表2 滑坡穩定性系數計算結果表

計算結果表明：滑坡整體在不同工況下處于基本穩定—穩定狀態，不存在發生整體失穩破壞的可能；各復活體在暴雨工況下穩定性最差，地震工況次之，天然狀態下處于穩定狀態，說明降雨成為誘發地震復活體進一步失穩破壞的主要誘因。在暴雨工況下，1#復活體穩定系數小于1，2#、3#復活體穩定系數在1～1.05之間，故1#復活體穩定性最差，暴雨作用下最有可能發生進一步滑動。

5 結論

通過本文的研究得出以下結論：

（1）“5.12”地震后，老滑坡發生局部復活，于后部、前部形成3個復活變形區，且后部1#復活體變形跡象最為明顯；

（2）地震加劇了斜坡變形，是滑坡復活的誘發因素，滑坡復活滑面為基覆接觸面，下伏基巖基本未發生變形位移，表明地震主要對堆積體產生影響，變形位移主要發生在坡體后部及前部堆積體較厚的陡坡處，很好地驗證了地震波的高程放大效應及地形效應；

（3）經過穩定性計算，老滑坡不具備整體失穩的可能，降雨工況下，各復活體穩定性最低，以1#復活體穩定性最差，表明降雨成為誘發地震復活體進一步失穩破壞的主要誘因。