地震誘發玉樹堆積層滑坡的變形破壞機理淺析

文/李懷兵

1.引言

我國是全球大陸地震最集中、活動性最高的地區之一[1]，歷史上曾發生多次強震，目前正處于地震活躍期。

滑坡是我國最常見的一種自然災害。滑坡災害不僅造成巨大的經濟損失,還嚴重危害人民的生命安全。例如，2010年4月14日發生的7.1級青海玉樹地震，造成約2698人遇難，經濟損失近十億元。且據不完全統計，中國每年因滑坡災害造成的經濟損失就在10億美元以上,依據中國地調局地質災害通報數據,2009僅全國特大型和大型滑坡災害共發生16起,直接經濟損失達到1.90億元人民幣；2011年死亡失蹤10人以上或直接經濟損失1億元以上的重大災害發生7起,直接經濟損失5.99億元人民幣；僅在2012年8月,全國共發生地質災害5752起,其中滑坡高達4841起，造成直接損失超過數十億元。

堆積層滑坡作為一種典型滑坡，具有分布廣泛、爆發頻率高、持續危害性大等特點，在滑坡類型中占很大的比例[2]。據不完全統計，僅在長江上游地區100萬km2范圍內,就發育滑坡1736個,其中64%為堆積層滑坡,而在三峽庫區二、三期治理和監測的崩塌滑坡災害點中,堆積層滑坡點約占80%[3]。因而，研究高烈度地震區，堆積層滑坡的變形破壞機制具有重要意義。

近年來，關于地震作用下的堆積層滑坡分析已經有了很多研究。仵大碧[4]對地震作用下的黃土滑坡進行了穩定性分析。王明軒[5]針對許家灣滑坡分析了其成因機理和邊坡的穩定性。蘇生瑞[6]對汶川地震的滑坡形成機理進行了數值模擬研究。可見，目前對堆積層滑坡的變形破壞機理研究還比較缺乏。

本文以玉樹機場路滑坡群0#堆積層滑坡為依托，重點歸納了地震作用下，玉樹堆積層滑坡的兩種變形破壞機制。

2.地震作用下堆積層滑坡的變形破壞機理

玉樹0#滑坡坡面坡度約20°，其第七塊滑坡滑動方向NE52°，主滑段傾角約18°～19°，沿線路寬約133m，垂直線路長度183m，滑體體積約12.1×104m3。

堆積層主要由角礫土、碎石土以及粘土構成，其地球物理特性如圖1所示。從圖1中可以看出其滑坡介質電阻率分布較均勻且物性層位清楚，能夠反映邊坡內部情況及滑坡發育情況。兩剖面有非常好的對應關系，表層局部阻值較高，而中層較低且形成連續的閉合低阻閉合圈，為低阻軟弱含水層或過濕帶，后部高阻區為基巖。

圖1 滑坡物探縱斷面圖

圖2 0#滑坡某典型斷面圖 （1：500）

2.1 有限元模型的建立

由于0#第七條堆積層滑坡坡體結構及構成相近，簡化為二維模型進行模型分析，如圖2所示，模型長48m,高25.5m,與原型比例約為1：4。

滑體采用參數：ψ= 28°，E=18Mpa C=22Kpa,u=0.3;基巖采用參數35°，E=60Mpa，C=40Kpa,u=0.18。

本文采用ABAQUS數值模擬軟件進行建模分析，為使結果具有一般性，采用南北向EL-Centro波進行加載分析（如圖3）。有限元模型單元均采用CPE4平面應變單元，劃分好的計算模型如圖4所示。

2.2 數值模擬結果分析

通過數值模擬得出：地震作用下，坡體變形首先從坡體后部開始，并不斷向前緣發展,圖中單位均為mm,如圖5所示。

隨著動峰值加速度的增大，滑體的塑性變形進一步增大。此時，滑體塑性變形在土巖結合面最大（如圖6）。

當振動效應積累至一定程度后，坡體形成淺層滑動面，體現出了以淺層滑動面為依附面的坡面變形，并向坡體內部（深層滑面）不斷牽引，如圖7所示。

隨著動峰值加速度的進一步增大，滑體在土巖結合面逐漸形成新的深層滑動面，如圖8所示。

圖3 EI-Centro波水平向加速度時程曲線

圖4 有限元計算模型

圖5 0.1g水平加速度作用下滑體塑性變形

圖6 0.2g水平加速度作用下滑體塑性變形

圖7 0.3g水平加速度作用下滑體位移

圖8 0.4g水平加速度作用下滑體塑性變形

通過上述分析，在地震作用下，玉樹堆積層0#第七條滑坡變形體現為多個滑動面的多級滑坡。在0.1g水平加速度作用下，首先在坡體后緣形成淺層滑動；隨著峰值加速度的進一步增大，體現出了以淺層滑動面為依附面的坡面變形并向坡體內部（深層滑面）不斷牽引，最終形成深層滑動，坡體整體失穩。本次數值模擬結果與震后調查結果基本一致。

3.結論

本文以玉樹地震0#滑坡第七塊滑坡為模擬原型，通過物探及其組成成份分析，將其簡化為二維模型進行數值模擬，并得出以下結論：

（1）在地震作用下，堆積層滑坡的失穩是一個變形累積的漸進破壞過程；動峰值加速度越大，變形越大。

（2）在地震作用下，玉樹0#第七滑塊堆積層滑坡的變形破壞發育于坡體淺層滑面，逐漸向坡體深層滑面發展，最終形成多滑動面的多級滑坡。

（3）本次模擬結果與震后調查結果基本一致。