西南地区地震滑坡坡度分布特征研究

樊晓一

（西南科技大学 土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010)

西南地区地处我国青藏高原向四川盆地的过渡地段，由于其特殊的地质地貌环境和强烈的内、外动力条件，地震诱发的滑坡常造成巨大的灾害损失和人员伤亡[1-3]。而且地震导致的滑坡灾害会持续较长的一段时间，一旦发生较大规模的滑坡，会造成严重的建筑毁坏和人员伤亡。震后滑坡灾害将会给灾区的恢复重建造成严重的安全隐患，威胁到当地群众的生命财产安全。

地震诱发滑坡在我国分布非常普遍，根据对1949年至2005年近60年以来Ms≥5.0 级300多个地震震例的研究结果表明[4]，全国20多个省区都有地震诱发崩塌滑坡灾害发生，特别是地震较多的西部地区，地震诱发崩塌滑坡尤其严重。地震诱发滑坡灾害不仅可以造成生命、财产损失，破坏生命线工程，其造成的堰塞湖等次生灾害危害程度有时甚至超过地震本身；另外地震诱发崩塌滑坡灾害是震后应急中制定救援决策、选择救援路线的重要影响因素，所以对地震诱发滑坡灾害进行系统研究，是今后地震灾害研究中应该重点关注的一个方面。

1 西南地区的地震概况

图1 西南地区地震地质构造纲要图

造成2008年5.12 汶川地震的主要构造映秀-北川断裂带，倾向北西，倾角60°～70°。地质构造处于龙门山褶断带之北川断裂带，是前龙门山褶皱带与后龙门山褶皱带的分界线。1973年2月6日，四川省甘孜藏族自治州境内的炉霍县发生了7.9 极地震。地震发生在青藏高原东南部的鲜水河中游，位于印支期的甘孜－阿坝褶邹带内的炉霍－道孚断裂带上。该断裂带北西向展布，沿该断裂带曾发生过多次强震。1974年5月11日，云南昭通发生7.1 级地震。据调查，该次地震除了与北东向的高桥－元亨隐伏断裂的活动有关外，还与近东西向的盐津－丁木构造带和北西向的绥江－盐津构造带有关。1976年8月16日和23日，四川松潘、平武相继发生了两次7.2级地震，正处于龙门山北东向构造带、西秦岭东西向构造带和岷山南北向构造带的汇合部位，构造比较复杂。其具体位置发生在岷山南北向构造带的虎牙断裂带上(图1)。

表1 西南地区地震滑坡坡度分布

2 地震滑坡坡度分布

坡度对滑坡的发育具有重要影响。坡体的临空面是否能成为有效临空面[5]，与坡体的坡度的关系极大。斜坡的坡度与可能转化为滑动面的坡体结构面倾角决定了坡体的临空面能否成为滑坡发育的有效临空面。斜坡的坡度一直被认为是影响滑坡稳定性的重要因素，并决定于滑坡的几何特征。同时，坡度应力分布，也决定着滑坡的稳定性。地形坡度越陡则越容易引发滑坡、崩塌。就滑坡而言，在某一地区条件下存在着一个容易触发的角度范围，若大于该角度范围，则容易引起崩塌。在不同的地震区域，受地质构造、地层岩性等条件的影响，地震滑坡发育的优势坡度范围存在一定的差异（表1）。

根据现场调查和遥感解译的汶川地震滑坡与炉霍地震、昭通地震、松潘-平武地震诱发滑坡的优势坡度范围为30～50°[6-8]，这与已有的研究结果一致[9-11]。根据地震滑坡坡度分布的统计特征，结果显示Logistic分布能最佳拟合其分布规律。Logistic分布函数为：

式中，a为L(a,b)分布的位置参数，b为尺度参数。b 值越小曲线越陡，b 值越大曲线越平直。位置参数显示了地震滑坡的最优势坡度，图2 表明西南地区地震滑坡的最优势坡度非常接近，约为40°。尺度参数表明了地震滑坡坡度分布的集中度，其值越小，表明有效坡度范围越小，坡度集中度高。汶川地震与松潘-平武地震滑坡的坡度集中度相对较高，并且其数值接近，从地质构造和地形地貌特征上也说明地震滑坡坡度发育的区域特征。

图2 西南地区地震滑坡坡度分布和拟合曲线

3 地震滑坡与降雨滑坡坡度分布

地貌对地震滑坡的影响主要有二个方面：一是坡度和坡高的；二是坡形。前者的影响远大于后者。地震时,斜坡上的振动幅度随着高度有所提高,主水平分量变化大。变化的性质取决于振动频率、振动传来的方向和斜坡的坡度等。斜坡的测震观测结果指出[11]：①斜坡上的地震烈度相对于谷底增加1 度左右。②在角度超过15°的截圆锥状山体上部点的位移幅值与其下部幅值相比，其局部谱段值增加高达7倍。

降雨对滑坡体影响有滑体含水率、滑体容重、滑带土内摩擦角、内聚力的变化等，该影响具有一定的时间进程。另一个直接影响是地下水位及孔隙水压力的变化，降雨导致滑坡的地下水位升高，孔隙水压力增大。地下水对滑坡及斜坡稳定性的影响包括对岩土体强度和斜坡应力状态的影响两个方面。滑坡坡度影响降雨产流的进程，进而影响地下水位及孔隙水压力的变化[12]。

地震滑坡与常见降雨诱发滑坡明显不同的是，前者滑坡滑床不具有连续平整的滑面，“地震抛掷”和“撞击崩裂”是地震极震区滑坡的一大共性[2]，其坡度分布遵循两个参数的Logistic分布规律，即位置参数和尺度参数就可描述地震滑坡的坡度分布特征。已有的研究表明，降雨滑坡常具有连续的滑动面，滑坡发育归结于滑动面受地下水影响导致其内聚力和抗剪强度减小,滑坡的驱动力是坡体内部的剪切力，其与坡度成正比。已有研究表明降雨滑坡坡度分布遵循三参数Weibull分布规律[13,14]，形状参数控制函数分布的形状，其值大于1 表示滑坡结构可靠性分析上的疲劳故障，是由于坡体结构演化而导致的累计破坏；尺度参数控制着Weibull分布的概率密度函数图膨胀、缩减程度和坡度峰值位置的位移,表示滑坡最敏感的坡度；位置参数控制概率密度函数的平行位移和滑坡发育的最小坡度。

4 地震滑坡坡度坡率分布

应用Logistic分布的累积概率分布函数得到基于地震滑坡坡度累计分布方程：

此评价模型中表示滑坡累计分布率。它表示斜坡在同一地震诱发滑坡的范围内，坡度在[0,x]的条件下发生滑坡坡度分布的概率。由此，当坡度为[1x,x2]范围内，同一地震诱发滑坡的分布率表示为：

图3根据Logistic 的位置参数和尺度参数得到西南地震滑坡坡度概率分布特征。汶川地震和松潘-平武地震滑坡的尺度指数最小，滑坡坡度分布优势坡度区域最小，集中度最高。庐霍地震，昭通地震滑坡坡度尺度指数最大，四个地震滑坡在30°～50°区间占滑坡总数分别为87.2%、75.9%、77.7%、68.0%。地震滑坡坡度分布与地震区的地形地貌、地震震级密切相关。汶川地震、庐霍地震、松潘-平武地震和昭通地震同在中高山地形地貌区，地震滑坡优势坡度区域内滑坡数占滑坡总数比值与地震震级呈正相关关系。

图3 地震滑坡坡度坡率分布

图4 地震滑坡坡度的累积分布

图4根据Logistic 的位置参数和尺度参数得到西南地震滑坡随坡度的累积分布。累积Logistic分布表示地震滑坡坡度分布的概率，表示了任一坡度范围各地震滑坡的分布率，在进行地震滑坡危险性评价中，可利用图4 获得地震区域不同坡度范围滑坡的分布率。

因此，利用公式(2)和图3可对典型地震滑坡分布规律进行计算和评价；利用公式(3)和图4 则可计算和评价区域地震滑坡坡度分布特征。

5 结论

地震滑坡的驱动力是地震震动力和坡体内部的剪切力，滑坡坡度是地震滑坡发育的重要控制因素。西南地区的地震滑坡主要发育在中高山地形地貌区域，滑坡的坡度在60°以下，坡度在60°以上的坡体，破坏主要以崩塌和滚石的方式发生。地震滑坡坡度频率分布就遵循Logistic分布，位置参数表示了地震滑坡的最优势坡度，尺度参数表明了有效坡度区域的集中程度，并且尺度参数与地震震级呈负相关关系。

地震的作用导致了坡体震裂和松散，在余震、降雨等其他诱发因素下极易产生新的滑坡灾害，如何确定新滑坡的发育特征以及地震灾区滑坡危险度区划，是地震灾区滑坡减灾防灾关键问题之一。而对评价因子的定量化计算历来是滑坡危险性评价的关键环节和技术难点，利用Logistic分布函数建立地震滑坡坡度分布图可对典型滑坡坡度的分布进行定量计算；累积地震滑坡坡度分布图为地震灾区的区域滑坡坡度分布评价提供了新的方法。此研究方法可推广应用于滑坡其它影响因子的分布特征定量计算。

[1]谢和平,邓建辉,台佳佳,等.汶川大地震灾害与灾区重建的岩土工程问题[J].岩石力学与工程学报,2008,27(8):1781～1791.

[2]殷跃平.汶川八级地震地质灾害研究[J].工程地质学报,2008,16 (4):433～444.

[3]崔鹏,韦方强,何思明,等.5·12 汶川地震诱发的山地灾害及减灾措施[J].山地学报,2008,26(32):80～82.

[4]http://www.csi.ac.cn/manage/html/4028861611c5c2ba0111c5c558b00001/_content/09_03/02/1235978074754.html

[5]乔建平.滑坡减灾理论与实践[M],北京：科学出版社,1997:34～47.

[6]刘岁海,刘爱平.四川省康定县滑坡灾害发育特征与形成条件[J].中国地质灾害与防治学报,2006,17 (3):27～31.

[7]杨涛,邓荣贵,刘小丽.四川地区地震崩塌滑坡的基本特征及危险性分区[J].山地学报,2002,20 (4):456～460.

[8]孙崇绍,蔡红卫.我国历史地震时滑坡崩塌的发育及分布特征[J].自然灾害学报,1997,6 (1):25～30.

[9]刘新荣,胡元鑫,葛华等.“5.12 汶川地震”映秀极震区地震滑坡编目分析[J].重庆大学学报,2011,34(11):86～96.

[10]许冲,戴福初,肖建章.“5.12”汶川地震诱发滑坡特征参数统计分析[J].自然灾害学报,2011,20(4):147～153.

[11]樊晓一,张友谊,杨建荣.汶川地震滑坡发育特征及其影响因素[J],自然灾害学报,2012,21(1):128～134.

[12]兰恒星,周成虎,王苓涓,等.地理信息系统支持下的滑坡-水文耦合模型研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(8):1309～1314.

[13]Iwahashi J.,Watanabe S.,Furuya T.,Mean slope-angle frequency distribution and size frequency distribution of landslide masses in Higashi kubiki Area,Japan[J].Geomorphology,2003,50:349-364.

[14]Fan Xiaoyi,Qiao Jianping.Based on Stratum Gradient Frequency distributi-on of landslides slope-angle in Three Gorges area,northeast Chongqing.Wuhan University Journal of Natural Sciences,2006,11 (4):767-772.