地震作用下边坡的破坏机制及其破裂面的分析探讨

2016-04-14田云军

地球 2016年7期

关键词：土坡岩质滑体

■田云军

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830091）

地震作用下边坡的破坏机制及其破裂面的分析探讨

■田云军

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐830091）

本文首先简要介绍边坡的含义和影响边坡稳定性的内部因素及外部因素，然后阐述地震通过地震波中的面波对边坡及其他建筑物造成强大的破坏，给人类的生产生活造成重大损失，研究地震作用对于边坡的破坏机制具有非常重大的现实意义。破裂面的类型主要为风化岩质破裂面和土坡岩质破裂面，描述两者的表象特征。运用合理的理论知识科学地解释两种类型破裂面形成的原理和地震作用破坏边坡的机制问题。并得出了下列结论：1）地震作用对边坡的破坏机制：滑体的上部为拉伸破坏，下部为剪切破坏。通过上下部的共同作用，形成破裂面，造成岩体滑坡的形成；2）岩体发生滑坡现象不是地震作用某一时刻作用的结果，而是地震作用的长时间作用的结果；3）本文是在假设边坡为均质体的情况下进行的讨论，而现实中边坡的情况复杂多变，需要具体问题具体分析。

地震作用边坡破坏机制破裂面滑坡

1　边坡介绍

边坡是指在道路、矿坑和山体等周围，自然形成或人为建造的具有一定坡度的坡面。边坡的稳定性是岩土工程和地质工程中研究的热点和难点。影响边坡稳定性的因素分为内部因素和外部因素，其中的内部因素包括：岩土体的类型、边坡地质特性、边坡的物理形态及周围地下水的活动等；外部因素包括：外部物体的振动情况、气候变化、植被的覆盖情况和人类的工程活动等[1]。对于岩土工程和地质工程而言，其中外部物体的振动是研究的主要方向。地震作用在物体震动中具有能量最大、破坏力最强和影响范围最广的特点。本文主要研究地震作用破坏边坡稳定性的相关问题。

2　地震作用破坏边坡的现象及影响程度

地震作用是指由地运动引起的结构动态作用,分水平地震作用和竖向地震作用。发生地震时，岩石圈会发生快速的颤动运动，能量通过地震波的形式向外传播。地震波按照传播的形式分为纵波、横波和面波三种类型。面波是纵波和横波的一种混合波，其波长大、振幅强，能够沿着地面水平传播，可以对边坡等坡面或者其他建筑物造成大规模的破坏。地震诱发的边坡滑动在山区和丘陵地带危害最大[2]。汶川地震和芦山地震作用于边坡而造成的次生灾害，占据大比例的地震财产损失和人员伤亡。研究地震作用如何破坏边坡，具有非常重要的现实意义[3]。

3　破裂面的类型[4]

3.1风化岩质破裂面

汶川地震的现场调查表明，风化岩质的边坡发生滑坡时，破裂面位于风化层与基岩的分界面上。滑体上部先发生破裂，风化层与基岩逐渐分离，而下部后发生位移，随着地震作用的深入，滑体的上部裂隙与下部裂隙逐渐连通，形成破裂面。破裂面形成后岩体失去稳定性，导致滑坡的形成[4]。

3.2土坡岩质破裂面

土坡岩质破裂面上部为拉破坏，裂隙不断向下延伸，在剪切力的作用下坡脚裂隙面不断向上延伸，最终上下融会贯通，形成破裂面。破裂面形成后，岩体逐渐失去原有的稳固性，在偶然的外部因素作用下，岩体发生滑坡现象[4]。

4　地震的破坏机制

本节将对上述两种破裂面的形成进行理论方面的解释，并总结出地震破坏岩体机制方面的规律特征。

4.1风化岩质破裂面的破坏机制

在研究中为了便于分析和比较，将风化岩质看作为弹塑性材料。地震作用开始阶段，风化层上部靠近岩层分界面处发生拉剪破坏，随着时间的推移，滑体上部拉破坏的部位呈不断增多的趋势。随着地震的持续作用，拉伸作用形成的裂缝增大，潜在滑体上所有的单元发生拉破坏和剪破坏。由于作用部位主要为岩层分界面的上部，导致坡顶的裂隙不断加深，滑体上部与基岩之间将完全拉开[4]。与此同时，边坡的坡脚处在下部剪切应力作用下也逐渐形成裂隙，所形成的裂隙在地震作用下呈不断增大的趋势。最终，主要由剪切作用力形成的坡脚裂隙和拉伸作用力形成的坡顶裂隙贯通，破裂面随之形成，形成滑坡。

4.2土坡岩质破裂面的破坏机制

在模拟研究中，可以把土坡岩质近似看作为弹塑性材料[6]。土坡岩质破裂面的形成，一般先从边坡坡顶的后沿、坡面和坡脚一定深度内发生拉破裂，坡体的其他大部分土体单位均发生剪破裂[5]。其中有个别土体单元是拉伸作用和剪切作用共同的结果。随着地震对于岩体的持续作用，坡顶的靠后部分、坡面和坡脚在一定深度内的拉伸破裂逐渐增大，但该部位基本无剪切作用的痕迹。地震作用持续进行，滑体逐渐发生水平方向的相对位移现象，但无明显的突变。随着过程的不断推进，最终在上部拉伸应力和下部剪切应力的共同作用下，岩体裂隙上下贯通，形成破裂面，发生滑坡的现象。