地震崩塌影響因子敏感性分析及其穩定性評價

周智宇

摘要：崩塌是地震破壞的主要形式之一。地震是觸發土體崩塌的重要誘發因素，地震的強弱直接影響崩塌的發生及其規模。此次報告除了簡單分析形成崩塌的基本條件，也重點分析地震作用下影響巖土體崩塌的幾個重要敏感因素。結合地震作用對土體崩塌的影響和利用“塊體平衡理論”提出了相應的地震穩定性分析評價。

Abstract： Collapse is one of the main forms of earthquake damage. Earthquake is an important inducing factor that triggers soil collapse， and the strength of an earthquake directly affects the occurrence and scale of the collapse. In addition to a simple analysis of the basic conditions of collapse， this report also focuses on several important and sensitive factors affecting rock-soil collapse under earthquake action. Combining the influence of seismic action on soil collapse and the use of "block balance theory"， corresponding seismic stability analysis and evaluation are proposed.

關鍵詞：地震;崩塌;影響因子;穩定性

Key words： earthquake;collapse;influence factor;stability

中圖分類號：P642.21 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0174-02

0 ?引言

地震崩塌是地震震動引起巖體脫離母體、在重力作用下快速地下滑、堆積的過程。巖土類型、地質構造、地形地貌是形成土體崩塌的基本條件;但是誘發土體崩塌的外界因素復雜，有地震、融雪、地表水沖刷及人類不合理的活動等。通過了解地震震級、地震烈度與巖土體崩塌的關系以及本次研究分析了地層巖性、土體坡度、距斷裂距離、巖體高程、巖體相對高差5個地震觸發土體崩塌的影響因子。采用“塊體平衡理論”對易發生崩塌地區的巖體進行穩定評價，并為以后針對類似地區的崩塌災害防治提供相應的理論知識及具體措施。

1 ?崩塌災害與地震參數的關系

①震級是表征地震強弱的度量。

②地震烈度是通過地震時人對周圍的感知、建筑物的破壞程度、崩滑等現象來反映地震宏觀影響強弱指標。

地震等級與烈度都是影響地震誘發巖體崩塌規模和數量的重要參數。地震參數與崩塌災害的發生呈正相關。

2 ?形成條件及影響因素

2.1 形成條件

①地形地貌：崩塌一般發生在坡度大于45度的高陡斜坡前緣。在地震作用下，由于高陡土體本來存在高差，結合能量守恒定律，勢能容易轉化為動能，從而為崩塌的形成提供物理條件。

②巖土類型：巖土是發生崩塌的物質基礎。崩塌一般發生在厚層堅硬脆性巖體中。結構密實的薄弱結構面在應力重分布的作用下容易導致張拉裂縫的形成。最后結構面演化為連續貫通的分離面使巖土體脫離母體發生崩塌。

③地質構造：發育有兩組或兩組以上的陡傾節理是發生崩塌的地質前提。土體節理發育產生了大量的裂縫，使土體變得支離破碎，降低了其穩定性。在地震作用下，發生崩塌的機率則大大提高。

2.2 影響因素

①地下水、地表水的作用：地震的作用，使得巖土體發育更多的孔隙。而地下水的涌水效應會將土體顆粒一并帶走，從而降低巖土體的強度;另一方面，土層在水化作用下易泥化或者軟化導致其抗剪強度大大減小。總而言之，地表水滲入巖土體，軟化巖土及其中軟弱面，產生孔隙水壓力等從而誘發崩塌。

②地震作用：巖土體易受地震波的影響，使其土體結構發生破壞。然而，地震慣性力往往作用在軟弱結構面處發生張拉裂縫導致土體強度及穩定性降低，發生崩塌的可能性也大幅提高。地震為崩塌地質災害提供了動力條件。水平節理和垂直節理的產生的原因是地震力的水平和垂直作用力作用在斜坡巖體的各種軟弱結構面中。在一定時間內，產生的拉裂效應使得巖體沿結構面被震裂張拉，強度降低。最后，被震裂拉開的結構面形成分離面，連續貫通的裂縫進而使得巖土體的穩定性降低。

3 ?地震崩塌影響因子的敏感性分析

根據四川汶川、迭溪地震崩塌災害，我們分別對斜坡坡度、山地高程、地層巖性、距斷裂距離、山地相對高差等5個影響因子進行敏感性研究。

3.1 斜坡坡度

影響斜坡穩定性，失穩造成崩塌災害的重要因素。崩塌的分布由它的幾何特征所決定;應力特征則由坡度大小決定并且斜坡穩定性的強弱也由坡度角度大小所決定。松散固體物的分布規律及位置方位受山坡坡度的影響。坡度也為崩塌的發生提供動力。在地震波的作用下，陡坡地巖土體由于卸載作用強烈，地震對斜坡的影響突出，崩塌節理發育最為嚴重。

3.2 山地高程

山地的地貌特征為地形高陡，地形發育縱橫交錯，山地之間的高程大小參差不齊，山地巖土體的孔隙、節理發育，山坡分離面明顯。地震波的放大作用常發生在山脊附近。P波是地震波傳播最快的縱波，它使地表面上下發生明顯的振動。巖土體的節理和裂縫由于P波的振動作用迅速得發育、擴展。當裂縫發育到地震破壞最低限值時，巖土體就開始發生破壞。S波緊接其后，它使即將破壞的松散巖土體發生前后左右的搖擺，使巖土體脫離母體飛出，產生拋擲性崩塌。當S波從地下深部震源向地表漸漸蔓延時，入射波和反射波兩者會在地表面聚集融合。地震波的振幅與高程呈正相關。綜上，崩塌在高程較大的山體更容易發生。其原因是地震波對高程的放大作用，至少放大到3倍及3倍以上。此外，孤立山包、山嘴或凹性陡坡最容易發生應力集中，容易發生斜拉破壞。山地離活動的主斷裂帶較遠，地震波隨距離的增加而能量不斷衰減。地震波對土體的擾動也就大大衰減，崩塌就不容易發生。

3.3 距斷裂的距離

通常10公里左右的斷裂構造破碎帶的軟弱結構面節理發育，使堅硬脆性巖體發育為動力變質巖，由于風化的作用再形成帶風化殼的變質巖。這為崩塌的發生提供了有利條件。根據斷裂帶在區域的活動的有無，可分為活動斷裂和未活動斷裂。距離斷層越遠的區域，崩塌的可能性越小;距離斷層越近的區域，崩塌的可能性越大。綜上所述，活動斷裂比未活動斷裂對崩塌的影響較大，也從側面反映了地震波引起的動荷載作用可以作為崩塌發生的控制性因素。

3.4 地層巖性

坡體的穩定性強弱和巖石受自然侵蝕難易程度往往與巖石的類型、軟硬程度以及巖石之間層間結構有關。另外，這三者也反過來決定了巖土體的強度大小，抗侵蝕能力的強弱。根據汶川縣地震災情，我們可以將巖體主要分為5個級別，分別為軟、較軟、軟硬適中、硬、較硬。從汶川地震崩塌的巖石知，片巖、砂礫巖、灰巖、變粒巖、淺粒巖等硬巖對斜坡失穩有影響。地震應力不容易在軟質巖石中傳播;相反，地震應力更容易在硬質的巖石中傳播。這是因為在硬質巖石中，側面體現地震應力更容易使硬質巖石加速節理、孔隙和縫隙的發育，對巖石的幾何特征形成影響，對巖石造成破壞，從而使得巖體崩塌。

3.5 相對高差

能量守恒定律，勢能轉化為動能為崩塌災害的發生提供動力條件。勢能由相對高差所決定，兩者正相關。汶川縣崇山峻嶺，山地高低不平，其地形地貌為崩塌災害的發生提供地質條件。

4 ?崩塌的地震穩定性分析

運用《工程地質手冊》書中所涉及：特殊地質條件的勘察和對崩塌的評價方法——力學分析法。對崩塌的地震穩定性進行評價。以“塊體平衡理論”為計算方法，同時考慮靜水效應、地震力的作用的存在。假定：①巖土體未受到破壞前，將視為一個整體。②坍塌體按平面的方式計算，取單位寬度進行驗算。③巖體之間的摩擦阻力可忽略不計。

通常，VII以上的烈度區要考慮水平地震作用力;在雨季，要考慮靜水壓力。因為雨水會進入裂縫，會降低巖體的強度。計算抗傾覆穩定性系數K，其公式如下：

F—靜水壓力（KN）;h0—水位高度（m），雨季時，取巖體高度;h—巖土高度（m）;？酌w—水重度，10kN/m3;W—崩塌體重力，kN;F—水平地震力，kN;a—崩塌體寬1/2（m）轉折點至重心的水平距離。

將各個數據帶入公式中，算出巖體的抗傾覆穩定性系數。當K<[K]，抗傾覆穩定性系數標準值時，巖體穩定。當K>[K]時，巖體則失穩。

通常，巖體高度不好直接得出，它需要借助巖土體的物理參數計算得出。巖土高度h一般取張拉裂縫的最大值。坍塌體的抗拉強度低，在與坡面平行的節理中由于出現拉應力集中的現象而形成張拉裂縫。巖體最大深度的取值公式：

γ—巖土體的容重（kN/m3）;c—巖土體的粘聚力（kPa）;Φ—巖土體的內摩擦角（°）。

5 ?結束語

①地震波的傳播與介質有關：巖性越硬，對地震波的吸收越弱。硬質巖石的彈性差使得地震波的能量在巖石中衰減得快;軟弱巖石與硬質巖石恰好相反，地震波對軟弱巖石的荷載作用弱，振動響應小以致崩塌不易發生。高程對地震波有放大效應，隨著山體高程的增加，地震波對巖石的振動幅度和頻率放大。地震波的放大作用使得山脊處、凸性處最容易發生崩塌。研究區的孤立山包、山嘴，周邊凌空地形節理發育，由于高陡地形的坡度和相對高差，為松散巖土體的勢能轉化為動能提供地質構造條件。另外，巖土體在地震橫、縱波交錯作用下，發生上下前后左右的擾動，導致應力集中，最容易發生密集崩塌。②地震波的傳播與距離有關：研究發現，距離活動斷裂帶的區域，地震波能量會逐漸減弱。利用“塊體平衡理論”和力學的分析方法，同時考慮靜水壓力和地震波作用并結合巖體的各個性質參數來計算崩塌體的抗傾覆穩定系數。通過與標注抗傾覆穩定性系數的大小比較來判斷巖體是否穩定。

參考文獻：

[1]向靈芝，崔鵬，張建強，黃多成，方華，周小軍.汶川縣地震誘發崩滑災害影響因素的敏感性分析[J].四川大學學報（工程科學版），2010（05）.

[2]黃潤秋，李為樂.“5.12”汶川大地震觸發地質災害的發育分布規律研究[J].巖石力學與工程學報，2008（12）.

[3]殷躍平.汶川八級地震地質災害研究[J].工程地質學報，2008（04）.

[4]陳曉利，冉洪流，祁生文.1976年龍陵地震誘發滑坡的影響因子敏感性分析[J].北京大學學報（自然科學版）網絡版（預印本），2008（02）.

[5]辛鴻博，王余慶.巖土邊坡地震崩滑及其初判準則[J].巖土工程學報，1999（05）.

[6]喬彥肖，馬中社，呂鳳軍.汶川地震地質災害發育特點及動因機制分析[J].中國地質，2009（03）.

[7]崔鵬，林勇明.自然因素與工程作用對山區道路泥石流、滑坡形成的影響[J].災害學，2007（03）.

[8]《工程地質手冊》編寫委員會.工程地質手冊[M].中國建筑工業出版社，2006.

[9]韓金良，吳樹仁，何淑軍，孫煒鋒，張春山，王濤，楊金中，石菊松.5.12汶川8級地震次生地質災害的基本特征及其形成機制淺析[J].地學前緣，2009（03）.