滑坡堆积体的地震波动力响应研究

摘要

斜坡的地震响应是“5.12”地震以来的一个热点问题，但它同时也是一个涉及工程地质学、地震学、地球物理学等多学科的交叉难题，国内外研究程度都还较低，尤其是针对“滑坡堆积体”斜坡动力响应的研究成果还很少。
　　 本文首先在总结滑坡堆积体类型、地形地貌、物质结构、滑面形态等特征的基础上，通过收集“5.12”地震中多处滑坡堆积体动力响应的典型实例，得出了滑坡堆积体的各基本地质条件及地震波的各特征参量（频率、振幅、传播方向）等因素对滑坡堆积体动力响应的影响规律，并通过数值模拟的手段进行了详细的验证。最后深入研究了“5.12”地震中三处典型滑坡堆积体的动力响应实例，论证了地震作用下各滑坡不同复活机制的控制因素。得出以下规律和结论：
　　 （1）在斜坡较低的情况下，如低于100m，在铅直方向上，位移、速度、加速度随斜坡高度的增大呈增加趋势，其等值线图分布近似呈等间距分布；而当斜坡较高时，如大于300m，位移、速度、加速度等值线图的量值不再是随高程的升高而增大，而是形成一些圈闭极值区域，极大值和极小值相间出现，在空间上呈现节律性变化。故斜坡对地震波的“竖直放大”效应只是存在一定高度范围内。
　　 （2）斜坡的坡度对动力响应的影响并不是呈线性的，加速度放大系数并不是随着坡度的升高而升高，而是在40°左右有一个峰值，在40°之前放大系数随坡度升高而升高，40°以后随坡度升高而降低。而老滑坡堆积体的坡度多小于25°，这表明在坡度方面滑坡堆积体对地震波的响应不敏感。
　　 （3）坡体内部的软弱材料，对滑坡堆积体动力条件下稳定性的影响是呈两面性的。一方面是当地震波由基岩入射到块碎石土体或滑带中时，在界面处产生拉应力，这对滑坡堆积体的稳定性是明显不利的。另一方面，随着滑带或软弱层带的应变增大，刚度降低、阻尼增大，土层的滤波作用增强，地震波的大量能量会被吸收。当滑带密实且具有一定厚度，能够经受住地震波的拉、剪作用时，滑带就对其上部的滑体起到了隔振作用，构成了一个阻挡地震波的屏障。
　　 （4）地震波的频率、振幅、传播方向与斜坡动力响应的特征密切相关。高频波作用下坡体内部加速度放大系数极值区域出现的次数较多，且放大系数的量值低于低频波作用下的放大系数，这与岩土体对高频波的吸收作用有关；地震波
　　 的幅值主要是改变坡体内部加速度放大系数的量值，两者成正比关系，但幅值的大小不会改变放大系数等值线的形态；当地震波的传播方向与滑坡堆积体的坡面方向一致时，是最不利于堆积体的稳定的，而当两者方向相反时，动力波对斜坡的动力响应影响是有限的。
　　 （5）地震前天然条件下滑坡体本身的稳定性对其震中、震后的变形破坏和稳定性有重要的影响。当滑坡体震前的稳定性即较低时，如有充足的临空条件，即使场地的地震烈度较低，也可能引发整体的失稳，如水泊峡7＃滑坡的场区地震烈度仅为Ⅵ度，但在“5.12”地震中该滑坡整体复活。
　　 （6）滑坡堆积体的临空条件对坡体的动力响应有重要的影响，当坡体多临空时，地震波中横波和面波的“往复作用”容易破坏坡体的原有结构，加剧岩土体的解体。如麻柳坪滑坡上游区坡体二面临空，在强震作用下，该区坡体向边界冲沟和坡前发生明显的位移，与滑坡的主滑方向不一致。而与此相反，何家滑坡的正滑方向受到上游侧边界凝灰岩山梁的阻碍，地震波的“往复作用”对之影响有限。
　　 （7）由于滑坡堆积体的特性，滑坡堆积体在地震波作用下的变形破坏主要表现为“累积型”破坏，具体表现为受地震力的作用坡体的岩土体松弛、破裂，产生横向的拉裂缝，并逐渐向前缘“滑移—溃屈”，直至破坏失稳，而很少表现为瞬间的整体崩落和高度滑移，如整体复活的水泊峡7＃滑坡和局部复活的都江堰麻柳坪滑坡，至今仍在缓慢地“蠕滑”，而未整体高速失稳。