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：边坡稳定性是边坡研究的核心问题，由于地质条件的复杂性和人们认识事物的局限性，工程地质定性分析对于地质条件复杂的岩质高边坡工程分析更有其特殊价值。过去对于地震边坡的研究很少从工程地质的角度进行详细分析，地震边坡稳定性研究是岩土工程和地震工程中关心的重要问题之一。本文系统的介绍了边坡地震稳定性的评价方法，包括拟定力法、滑块分析法、数值模拟法、实验法、概率分析法，继而分析了地震情况下边坡稳定性的影响因素，在此基础上，对地震边坡的破坏形式进行了探讨，这对于地震边坡的研究无疑具有重要意义。

关键词：地震边坡；稳定性；工程地质；评价方法 文章编号：1674-3954（2013）09-0243-02 1 引言

2008年四川汶川发生8.0级强烈地震触发了严重的地质灾害，其破坏性举世罕见。地震发生后，引起了很多学者对于地震灾害的影响因素的关注。地震灾害的影响因素有很多，如地震震级和震源深度、场地条件、地震发生的时间、地震的防御情况等。随着对地质灾害的研究的深入，地震作用下边坡的稳定性研究也成了研究的热点，这也是岩土工程界学者关注的难题之一。如图1是研究地震后在水平地震力和耦合地震作用下岩土体受到的破坏情况。 2 边坡地震稳定性评价方法

2.1拟静力法

拟静力法因应用简便而得到大量应用，至今仍备受工程技术人员的青睐。拟静力法实质上是将地震震动的作用简化为水平、竖直方向的恒定加速度作用，将所产生的地震震动作用作为水平和竖直方向的拟静荷载因子。这种方法实质上所采用的方法是由静力稳定分析方法拓展而来的，只是更加简便。工程师在使用拟静力法时，最关心的莫过于地震震动系数选取。seed总结了常用的三种确定地震震动系数的方法：①经验值的使用；②刚体反应分析法；③采用粘弹性反应分析法。seed认为不断地采用这些经验数值就会造成它是权威设计标准的假象，意在指出这些地震震动系数的选取缺乏可靠的科学基础。拟静力法简单实用，在边坡地震稳定性分析中应用得最为广泛，积累了大量的工程经验。 2.2滑块分析法

地震时引起的变形决定了堤坝是否稳定，地震运动停止后，如果土的强度没有显著降低，土坡将不会产生进一步的严重位移。 2.3数值模拟法

下面以边坡地震稳定性评价指标来分别论述：就安全系数而言，结合极限平衡原理，国内取得了一些有价值的研究成果；对于永久位移，无论是国外学者还是国内学者在利用科学方法的情况下都获得了很多有价值的研究成果。永久位移是通过对有限元网格中的永久应变进行积分获得的，因此永久位移可以分为：应变趋势法、刚

度折减法和考虑岩土体非线性非弹性应力一应变特性的非线性方法。

2.4试验法

试验是真实边坡的简化缩影，在满足相似率的条件下，便于直接判断边坡的地震稳定性。可以分为振动台试验和离心机试验两大类。就所查阅的国内外大量文献看，绝大部分试验的地震动输入为简谐波。由于这方面的研究开展得少，因此试验中的相似率等很多问题需要深入研究。 2.5概率分析方法

在边坡地震稳定性分析中存在很多不确定性因素，只有合理地考虑这些参数的随机性，才能明确地描述抗震设计中的灾害水平。由于这方面的研究工作开展得较晚，尚不足以用其他方法展开论述，因此将有关的研究放在一起综述。虽然国内外学者在这个问题的研究上取得了不少成果，但总体而言，这方面的研究刚刚起步，有大量的问题需要深入研究。

3 地震作用下影响边坡稳定性的因素 3.1首先是地质背景的因素

地质背景对于地震作用下的边坡稳定具有非常重要的基础性作用，包括边坡所处的大地构造单元以及区域性大断裂的发育状况。边坡所在的地质背景不仅对于遭遇地震的可能性有决定作用，对于新的构造运动的活跃程度也有决定作用。那些位于断裂带上的边

坡，其失稳可能性会大大提高。区域性大断裂等地质构造作为地震波的反射界面，会大大增加了边坡失稳的概率。 3.2结构面和结构体是构成岩质边坡的两大因素

一般来说，岩体结构类型有很多种，下面列举了六种不同的类型：①块状结构；②镶嵌结构；③碎裂结构；④层状结构；⑤层状碎裂结构；⑥散体结构。块状结构岩整体强度较高，对于地震发生的反应不是很强烈。镶嵌结构岩体，受地震的影响也不是很大。碎裂结构岩体在地震作用下可能造成崩塌，因为碎裂结构岩体对于地震的反应很强烈。层状结构的岩体在地震作用下可能沿层面产生滑动。而对于散体结构的边坡，在地震作用下有可能导致大规模滑坡和流滑。

3.3岩性组合的影响

岩性对地震滑坡的影响主要反映为不同岩性的边坡产生滑坡的程度不同。易风化的岩浆岩组成的岩体具有很高的亲水性，膨胀性、崩解性、地层的软岩及其风化产物一般抗剪性能差，抗剪强度极低等特征。通常把这类很容易发生滑坡的地层称为易滑地层，易滑地层不仅本身容易发生滑坡，而且它们的风化碎屑产物也极易滑动。 3.4地形地貌的影响

地形地貌对于地震作用下的边坡稳定性有很大影响，主要表现在两个方面：①边坡的高度和坡度的影响。②边坡坡形的影响。边坡的高度对地震响应有重大影响，而边坡的坡形对边坡动力稳定性

有很大影响。震后调查资料发现直线形的斜坡很少发生崩塌和滑坡，凹坡和凸坡则容易产生崩塌和滑坡，这与边坡在静力作用下的稳定性有很大区别。 3.5水文地质条件的影响

对于地震条件下的边坡稳定性的影响主要表现是：在地下水位的埋深和边坡中地下水的补径排条件。如果地下水的排泄条件畅通孔隙水压力不容易累积，则对边坡的动力稳定性影响不大。反之，则极易产生滑动。

4 边坡动力破坏形式的确定

根据边坡的工程地质模型，可以确定边坡变形破坏的形式。将边坡变形破坏划分为五类：①曲面滑动；②平面滑动；③双平面滑动；④多平面滑动；⑤倾覆破坏。这是在不考虑边坡遭受动力荷载下变形破坏的情况下，针对静力问题进行的分法。而对于其他的特殊边坡则做其他考虑。如果考虑到动荷作用特点，可以将边坡的变形破坏形式分为滑动型、崩塌型、塑性变形破坏、层体弯折四大类，见表1。 5 结束语

本文在总结各种资料的基础上，指出几个方面对地震作用下边坡稳定性具有重大的影响作用。讨论了集中边坡地震稳定性的评论方法，认为地震惯性力的作用以及超静孔隙水压力作用共同导致了地震边坡的失稳。两种作用对于地震作用下边坡稳定性的作用强度

也不同，塑性流动失稳破坏是超静孔隙水压力作用起主导作用。崩塌型层体弯折型是地震惯性力起决定作用。对于滑动型破坏则视情况而定，对于后发型边坡失稳，则是由于地震的累积效应导致边坡岩体力学参数的降低。