地震边坡稳定性的工程地质研究

兰新万

摘要：在以往的地震边坡研究中，人们将研究视角集中在边坡稳定性的评价标准和永久位移方面，本文独辟蹊径，从工程地质的角度对边坡稳定性进行了深入研究。本文在总结现有研究成果的基础上，将地震对边坡稳定性的影响因素总结为地质背景、岩体结构、岩性组合、地形地貌四个方面，进而提出边坡地震边坡稳定性的工程地质模型，并对边坡动力失稳的发生机制进行了深入研究。

关键词：地震；边坡稳定性；工程地质；研究

由于地质条件的复杂性和人们认识范围的局限性，工程地质研究尤其是岩质高边坡稳定性的分析更具有特殊的研究价值。地震边坡稳定性研究关系到岩土工程与地震工程的施工质量。在以往的地震边坡研究中，大部分研究人员将目光集中在边坡稳定性的评价标准和永久位移方面，却很少有人从工程地质的角度进行深入研究。

一、地震对边坡稳定性的影响因素分析

（一）地质背景的影响

边坡所在的地质背景一般指边坡所处区域性大裂块的发育状况以及大地构造单元[1]。其中，大地构造单元则直接决定了边坡地质的发育情况，并影响边坡岩土体的强度和土层结构。边坡地质演化过程中的地质构造运动决定了边坡可能发生的地震强度和频率。

区域性大裂块对边坡稳定性既有不利影响也有促进作用。不利影响主要是因为区域性大裂块往往是震源所在地，且受到断裂、破碎岩体的影响，边坡的自稳能力受到不利影响。促进作用也就是有利影响，指断裂地带对地震波动具有一定的屏蔽作用，可阻隔震动在不同裂块之间的能量传递。边坡稳定性所受的不利影响和有利影响取决于边坡所处的地理位置。处于震源断裂带两侧的边坡所受的震动影响较弱，因此其失稳的可能性也较低，如果边坡与震源处于同一侧断裂带，尤其是处于断裂带正上方，其失稳的可能性将显著提高[2]。此外，由于断裂带为地震波的反射界面，会增加与震源处于同一侧的边坡的失稳性。

（二）岩体结构的影响

岩质边坡并不是完整的一块，而是多种结构面和结构体的组合结构类型。常见的边坡岩体结构类型有块状结构、镶嵌结构、层状结构、碎裂结构、散体结构等。边坡岩体结构类型不同，其对地震的反应能力也就不同。一般来讲，块状岩体结构的整体强度最大，在地震作用下的地质变形特点类似于均质弹性体，在地震发生期间一般不会发生明显的结构破坏。镶嵌结构体在地震影响下可能发生局部落石，但并不会受到大规模的失稳性破坏。碎裂结构受地震的影响比较明显，地震作用会导致碎裂岩体结构发生松动，造成大规模的滑动。散体结构是最易受地震影响的一类岩体结构，这类岩体结构在地震的破坏作用下，不仅会发生大规模的滑坡，而且还会导致岩土体整体结构的变形，发生不可逆性破坏改变。

（三）岩性组合的影响

不同岩性组合对边坡发生地震滑坡的影响主要表现在滑坡程度方面。泥灰岩的主要成分为泥土、页岩和泥岩，由其变质岩如板岩、千枚岩、片岩等不同成分组成的岩体组合整体，由于某些组成岩性的软弱、易风化，与单性岩体相比具有以下特点：（1）抗风化能力较差，且产生的风化产物中含有较多的粘性颗粒物，这些泥质颗粒均具有较强的亲水性，易发生膨胀、崩解等；（2）地层中的软岩及其风化之后的产物，抗剪能力较差，遇水后湿润泥化，会形成一层很薄的粘粒层；（3）由于土层中矿物成分及颗粒成分之间的差异性，其水文地质条件也存在显著差异；（4）在干湿交替的情况下，土层中的粘性成分具有较高的收缩性，会导致岩土体中的裂缝迅速扩大，地表水通过裂缝深入到岩土体中，致使岩土体的自稳能力降低[3]。上述岩性组合土体的特点都会导致边坡滑坡的发育和形成，因而，又将这些易发生滑坡的岩性组合土体称为“易滑地层”。易滑地层之间由于岩土性质不同，因此对地震的反应能力也不同，而且在震级一定的情况下，其土质的最大加速度和振动幅度都有较大差异。实地考察结果显示，黄土、粘土和饱水松散细砂组成的土体发生滑坡的概率最高，此种岩性组合的“易滑地层”的土层在地震力的作用下，易发生触变和液化，丧失抗剪能力导致滑坡的发生。我国南北

（四）地形地貌的影响

边坡区域的地形地貌对边坡稳定性的影响主要表现在对边坡高度、坡度和坡形的影响，且对边坡高度、坡度的影响要大于对坡形的影响。根据已有的强震观测结果，地震震动幅度和频率会随地形高度发生变化。以国外卡格尔山山上和山脚两点的强震观测记录为例，山顶上的地震震动持续时间较长，振幅增大效应也比较显著。地质研究人员在1987年的振动模型研究也显示，边坡顶部对地震震动的反应程度与坡底相比存在垂直放大现象。虽然上述研究无法给出地形影响的具体数值范围，但所有研究结果均显示，边坡的高度会对地震反应程度有重大影响[4]。

二、地震边坡稳定性的工程地质模型

边坡工程地质模型是研究地震边坡稳定性的基础，而地质模型建立的基本依据是边坡的工程地质条件。已有的边坡工程地质模型有反倾边坡模式、水平层状上硬下软模式、水平薄层状软硬相间模式等。在对边坡破坏实例进行研究分析之前，需将边坡的工程地质模型归纳为有明显控制性结构的模型和没有明显控制性结构的模型两种，在这两种邊坡工程地质模型假设下，边坡地形在动力作用下的变形情况存在显著差异。

三、地震边坡动力失稳机制研究

地震对边坡稳定性的影响表现可以总结为累计效应和触发效应。累计效应即地震对边坡所造成的岩体结构松动、位移改变、水压升高等影响结果，触发效应则指地震作用对边坡土层的触变液化及临界点下的瞬间失稳。地震边坡动力失稳机制研究的代表假说是坡体振动加速效应。该假说认为自然界所发生的地震波动虽然不同，但对任何形式的斜坡都会产生大小不一的影响，当斜坡处于临界平衡状时，地震所产生的作用力就会导致滑坡出现瞬间振动，发生启动加速度。

对不同的边坡破坏形式，边坡失稳的诱导因素也不同。一般而言，塑性流动边坡的失稳破坏主要来自于空隙水压的持续积累，而崩塌型的边坡失稳破坏则主要来自于地震作用的惯性影响。气候不同，边坡失稳破坏的主导因素也不同，当地震发生在旱季时，边坡土体比较干燥，地下水位也较低，因此，地震作用对地下水位的影响较小，滑坡原因主要是因为边坡土体受到地震惯性的影响。但是在雨季之后，斜坡土体的饱水度较高，地下水位也不断升高，地震发生时，边坡在地震惯性作用的影响下，孔隙间的水压剧增，导致边坡稳定性大幅度降低。

结论：

地震对边坡稳定性的影响主要表现在地质背景、岩体结构、岩性组合、地形地貌这四个方面上。地震边坡的失稳机制主要有累计效应和触发效应，且边坡失稳性还受到气候条件的影响。通过地震边坡稳定性工程地质的深入研究，人们应当意识到工程地质同样是影响地震边坡稳定性的主导因素，并应在已有研究基础上进一步探索，充分挖掘边坡稳定性与工程地质之间的关联性。

参考文献：

[1]叶海林，黄润秋，郑颖人，等. 地震作用下边坡稳定性安全评价的研究[J]. 地下空间与工程学报，2009，06：1248-1252+1257.

[2]许冲. 2008年汶川地震前的中国大陆地震单体滑坡与边坡地震响应[J]. 科技导报，2015，01：107-119.

[3]郑光，许强，杜宇本. 高陡岩质桥隧工程边坡稳定性评价及工程支护措施[J]. 成都理工大学学报（自然科学版），2011，04：430-437.

[4]邓东平，李亮. 基于滑动面搜索新方法对地震作用下边坡稳定性拟静力分析[J]. 岩石力学与工程学报，2012，01：86-98.