地震边坡稳定性的工程地质分析

地震边坡稳定性的工程地质分析

[摘要]边坡稳定性作为边坡研究的重点，由于认识局限性和条件复杂性，让工程地质在边坡稳定性中具有重要作用。尤其是地质条件相对复杂的高边坡项目，必须注重地质定性分析过程。本文结合地震边坡稳定性，对工程地质稳定性影响因素、确定动力破坏形式以及失稳机制进行了简要的探究和阐述。

[关键词]地震边坡 稳定性 工程地质 失稳机制

地震边坡稳定性作为边坡研究的重要内容，对地震工程以及岩土工程具有重要作用。以往对于边坡研究多集中在边坡稳定性评价方式以及永久性求取中，很少涉及工程地质角度。本文从工程地质角度出发，在前人研究成果的基础上，分析归纳了地震作用下边坡稳定性影响因素，将边坡地质模型分成两大类、七亚类。在这种分配基础上，根据边坡破坏形式，对失稳机制进行了探讨。

1地震作用下边坡稳定性影响因素

1.1地质背景

边坡地质背景主要是边坡构造单元和区域性断裂的区域，它所处的构造单元不仅会影响地质发育，还会控制岩体边坡强度和结构，尤其是地质演化过程中新构造的活跃程度、遇震强度和频度。区域性断裂一般表现为两个方面，有利方面是降低地震强度，对地震波动具有屏蔽作用；不利面是大断裂一般为强震源所在地，又要影响岩体破碎，从而对边坡自稳能力造成了很大的影响。由于断裂带具有强烈的屏蔽作用，所以在震源两侧的边坡受到的地震作用相对较小，也就降低了失稳可能性。而和震源处于同一侧的边坡，尤其是位于断裂带的边坡，就会增加失稳可能性。区域性大断裂一般控制在滑坡相对密集的区域，并且以带状呈现。另外大断裂作为地震波的界面，也会让和震源处于同侧的边坡，受到更加复杂的地震作用，进而提高边坡失稳频率。

1.2岩体结构

由于岩体边坡不是一个整体，而是两种结构单元或者不同类型的结构面构成。常见的类型有：块状、镶嵌、碎裂、层状、层状碎裂、散体结构。块状结构整体强度大相对较高，在动力作用中，变形特征和弹性体比较接近，地震期间通常不会发生破坏；而镶嵌结构，地震期间就会发生局部落石或者崩塌现象，但是也不会出现大范围失稳；碎裂结构反应相对较强，当地震作用较大时，就会出现岩体松动的现象，进而引起大范围落石、崩塌与滑动现象；层状结构受层面控制，也会沿着层面出现滑动。

1.3岩性组合

岩性对滑坡的影响表现为不同岩性，滑坡程度不同。由泥岩、粘土组成的岩

体，板岩、片岩、千枚岩构成的岩体、硬岩、软岩组成的岩体，或者容易风化、岩性不强的岩浆岩都具有以下特点：风化具有较多的泥质、粘性颗粒、抗风化能力不高、拥有很高的崩解性、膨胀性、亲水性等特征。由于风化产物和软岩抗剪性能力不高，一旦湿润就会出现表层泥化或者软化现象，进而出现很薄的粘粒层。由于颗粒、岩性、矿物成分存在很大差异，所以地质水文也就会出现很大的差异，让其在裂隙中逐渐扩大，进而出现滑坡现象。

1.4地貌地形

边坡的地貌地形对稳定性的影响主要表现在两个方面：边坡坡度、高度影响与坡形影响。目前，已经有观测结果表明，频谱和动幅值会随着高度变化而变化。在卡格尔山脚与山上强余震速度观测结果来看，山顶地震延续时间很长，拥有很大的方法效应，并且速度、位移、加速度的放大效应各不相同。高野秀夫的地震效应也表明：斜坡的地震强度相比谷底会增加2度左右，对于角度大于15度的圆锥山体上部和下部点位移幅度，局部谱段会增加7倍左右；对于黄土，阶地幅值会比底部高4倍以上，进而比离开破阶是水平面还会高出2倍。对于坡脚影响力度，通过绘制坡脚和滑坡的关系图可以看出绝大多数都发生在30度到50度之间，崩塌一般发生在30度以上的斜坡上，尤其以50到70度之间的斜坡居多，在80到90度之间的斜坡相对较少。

2边坡破坏形式确定以及失稳机制探讨

2.1边坡破坏形式确定

根据地震边坡滑动面数目、形态、组合、岩体边坡力学特征，可以将边坡破坏划分成五种情况，每种又有很多亚类。曲面滑动，包括非圆弧和圆弧形滑动；平面滑动，包括有拉裂面和无拉裂面滑动；双平面滑动，包括同向和异向滑动；多平面滑动，又包括阶梯状和多平面滑动以及倾覆性滑动等。这几种形式滑动实际上也是平面、曲面以及倾覆滑动。关于边坡形式的分类通常是针对静力分析的，一般不需考虑荷载破坏特征。而对于部分特殊坝坡和边坡，在动荷累计作用下，就会出现液化流滑和塑性流动现象。在仔细分析动荷作用的同时，可以将边坡变形分成崩塌、滑动、层体弯折、塑性破坏等类型，并且各大类又被分成很多亚类。

通过上表边坡变形类型和岩体结构观点，边坡地质模型控制了整个变形破坏的形式。对于结构面地质模型，变形破坏取决于整个结构面组合与形态。在动力荷载影响下，边坡顺层主要表现为顺层面滑动，反倾向的边坡变形表现为岩层弯曲、倾斜、弯折；水平层状则表现为斜坡和顶部附近拉裂、拉开或者层间错动现象。首先是沿着斜交或者垂直的层面裂隙、节理等软弱部位的拉开，然后才是完好的岩层开裂、拉开。已经发生破坏的风化壳和基岩边坡，在动荷载影响下，会表现为沿着滑面滑坡或者基岩顶面滑动，一旦水压力空隙作用达到一定程度，就会出现液化流滑和塑性流动。对于没有明显结构面控制的边坡，在荷载作用下，不仅会有沿着滑面的位移，还必须考虑水压力空隙可能出现的液化流滑和塑性流动。

对于没有明显节理裂隙的现象，并且没有控制性结构发育的边坡，必须通过空间测量的方式，测量节理产状，再通过赤平极投影的方式统计，制作裂隙等密图和极点图，再判定边坡发育裂隙组数。

2.2边坡失稳机制

在地震边坡稳定性分析中，主要包括触发和累积效应。累积效应是地震作用中岩体结构松动，或者弱面错位、破裂面、水压上升等现象。触发效应，则主要表现为地质作用引起的触变液化以及临界状态失稳现象。

在实际生活中，强烈的地震作用会出现两种不同的作用，地震超静水压力空隙作用和地震惯性作用。这两种作用会让边坡沿着部分滑动面抗滑力降低、下滑力增大。对于土质性边坡，由于水压力空隙作用，会出现很大的永久性位移，进而出现边坡失稳。也就是，地震惯性例和超静水压力是边坡动力失稳的主要原因。

对于不同类型的地震边坡，出现地震边坡动力失稳的因素也各不相同。通常，塑性流动是水压力空隙累计的主体作用，层体、崩塌、弯折是地震惯性力出现的主要原因。当地震在雨季开始或者旱季发生时，斜坡坡体相对干燥、水位较低，受地下水的影响不大，此时的滑坡机制主要是地下水影响的结果。对于融雪或者雨季的地震，由于土体饱水、缝隙很容易被水充满，在惯性力影响下，水压力就会累积增加，进而让斜坡稳定性减小。

3小结

从前人成果的基础上，地震作用下的稳定性被分成了五个方面，从岩体控制来看，边坡地质模型被分成了两大类。因此，在实际工作中，必须根据实际情况，对边坡动力失稳以及相关内容进行细致独到的研究探讨，在保障地质分析结果的同时，提高地质工作效益，促进社会发展。

参考文献

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