临夏市地震地质灾害风险评价★

高中南 王 谦 郑和祥

(1.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000; 2.甘肃抗震工程技术研究院，甘肃 兰州 730000)



·岩土工程·地基基础·

临夏市地震地质灾害风险评价★

高中南1,2王 谦1*郑和祥1,2

(1.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000; 2.甘肃抗震工程技术研究院，甘肃 兰州 730000)

在查阅临夏市地质构造和历史地震灾害资料的基础上，通过现场调查和室内试验，分析了研究区内地震地质灾害的发育特征，并对研究区未来遭遇破坏性地震时的地震地质灾害风险进行了评价，为地质灾害治理工作提供了依据。

地震，滑坡，土壤液化，灾害特征

1 构造背景及历史震害

临夏市地处青藏高原东北缘与黄土高原交界的地貌梯级带上，大地构造属祁连山褶皱系中祁连隆起带东段。区内早期构造活动比较强烈。周边区域地形切割强烈，河流阶地发育，断裂活动明显，表明其新构造活动十分强烈。区内及周边地区受拉脊山北缘断裂带和西秦岭北塬断裂带下乍—太子山段的影响，地震活动较为强烈。历史上对临夏市有影响的破坏性地震共有13次。其中，1920年海原Ms8.5级地震造成市区内损毁民房242间，四周山体崩裂，滑坡分布，其中东、北部受灾较重，北山万寿冠乾元塔1-3层震裂；1927年古浪Ms8.0级地震造成南山崖崩裂，邓家村后、苏孟村陡崖滑塌落土；1936年康乐南63/4地震和兰州—临夏5级地震均造成市区民房倒塌。

2 试样、试验方法及结果

通过现场调查，选取了5个场地取备土样进行室内试验。试验中按照SL 237—1999土工试验规程进行了土的主要物性指标测试，结果如表1所示。

表1 试验所用土样的主要物性参数

对LX-1试样进行静强度试验。试验前首先将土样加工成直径为39.1 mm、高度为80 mm的圆柱体试样。试验方法为CU。试验时围压分别为100 kPa，150 kPa和200 kPa。在上述各级围压作用下，对试样施加轴向压力进行剪切直至破坏。试验结果见表2。

表2 静三轴强度试验结果

对LX-2组的4个原状黄土试样进行震陷试验。试样均在σ1c=200 kPa，σ3c=118 kPa的固结压力下进行固结，待固结变形稳定后，向不同的试样的轴向施加不同幅值、频率为1 Hz的等幅正弦荷载，测定试样的残余变形εP。震陷试验结果如图1所示。

分别对LX-1，LX-2组原状黄土试样和LX-4，LX-5组砂土试样进行液化试验。试验采用反压饱和和等压固结，固结压力分别按照取样实际地层的固结压力选取。循环剪切动荷载为频率为1 Hz的正弦波。饱和砂土的液化标准采用Ud/σ0=1.0；而饱和原状黄土的液化破坏标准为动应变εd=3%，且动孔隙水压力系数Ud/σ0>0.2。根据试验结果整理得到不同振动破坏次数对应的液化应力比值，如表3所示。

表3 不同振动破坏次数下的液化应力比

3 地震地质灾害风险评价

3.1 地震滑坡灾害风险评价

运用ABAQUS软件对LX-1场地斜坡建模，通过调整折减系数对斜坡的静力稳定性进行分析，求得斜坡的静力稳定性安全系数Fs。为了考虑斜坡在动力作用下的稳定性，通过采用在模型底部输入水平向地震波的方法，计算了地震作用下边坡的稳定性安全系数Fsd。结果表明，Fsd=0.646。由此可知，该边坡在地震作用下会发生破坏。

根据试验和计算分析结果，对研究区未来地震中的滑坡灾害进行了评估，结果表明：1)7度地震作用下，区内北部、东部斜坡、陡崖处可产生零星的小规模滑坡，滑体可能压埋房屋或堵塞道路；2)8度地震作用下，区内北部、东部斜坡、陡崖处易产生中等规模的滑坡，陡崖处黄土极易崩滑，斜坡、陡崖下部的民居被压埋破坏的风险较大，可能造成人员伤亡，地震滑坡灾害危险性较大；区内南部山区植被覆盖率较低的地区易产生小规模的滑坡；3)9度地震作用下，区内北部、东部可能出现较大范围的滑坡，不少滑体规模较大，距离滑坡较近的民居被压埋、破坏的风险性较高，可能造成较为严重的人员伤亡，滑坡易造成大规模的道路堵塞，局部公路可能被摧毁，危害十分严重；区内南部山区植被覆盖率较低的地区也易产生中等规模的滑坡。

3.2 黄土震陷灾害风险评价

研究表明，黄土震陷性的主要影响因素包括地基土的天然含水率、干密度以及动力荷载的类型等。土的天然含水率对土的震陷性有着决定性作用，震陷量随天然含水率的增加而增大。干密度对震陷系数有较大的影响，在动应力相同时，震陷系数随干密度的增大而减小。此外，动荷载类型对黄土的震陷也有一定影响：冲击型荷载作用下土的残余应变主要发生在最大峰值处；而对等幅循环荷载，残余应变则发生在有效持时的整个震动过程中。

根据LX-2组原状黄土试样的震陷试验结果，对该黄土场地的震陷量进行了计算，计算预测结果如表4所示。

表4 黄土场地震陷量预测结果

震陷量预测结果表明，在目前含水率状态下，在地震烈度7度的作用下，该场地地基土基本不存在震陷问题；在地震烈度8度的作用下，场地将产生严重破坏的震害；在地震烈度9度的作用下，场地地基基础将产生严重—失稳破坏的震害。因黄土的震陷性与湿度变化有密切关系。如果上述场地上因上下水等管理不当，使黄土湿度增大时，在地震烈度7度的作用下场地可能产生震陷灾害。

根据以上研究结果，结合临夏市区地形地貌特征及黄土的物理力学特性，对研究区黄土地基不均匀震陷灾害进行了预测，结果如下：1)7度地震作用下，区内基本不存在震陷问题，但因上下水等管理不当使黄土湿度增大时，可能产生震陷灾害；2)8度及以上地震作用下，区内覆盖层厚度较大的场地将产生严重的震陷灾害，特别是在覆盖层厚度超过15 m的地区，未经过抗震陷处理的场地地基基础将产生失稳破坏。

3.3 地震液化灾害风险评价

研究表明，饱和黄土的抗液化强度受土的密度和塑性指数的影响较大。在其他指标相近的情况下，密度越大，抗液化强度越高；对于密度相近的黄土，塑性指数越大，表明黄土越偏粘性，抗液化强度相应增大。饱和砂土的抗液化强度主要受粒径和密实度的影响。细砂的粒径比粉砂的粒径大，其颗粒之间的咬合作用更强，内摩擦力更大，从而使其抗液化强度更高。对于粒径相近的饱和砂土，其抗液化强度主要受密度的影响，相比于密砂，松砂的抗液化强度更低，更易产生液化。

根据动三轴液化试验结果，计算不同等效地震烈度下土的抗液化剪应力τ和地震作用下的平均剪应力τe，并根据Seed-Idriss简化判别法判别其液化势，结果如表5所示。

表5 不同场地土壤液化势判别结果

根据表5可知，所取的土样饱和后，在烈度为7度的地震作用下，所有土样均不产生液化。在烈度为8度的地震作用下，LX-4细砂试样不液化，其余土样均产生液化。在烈度为9度的地震作用下，所有试样均产生液化。相对于砂土，黄土在饱和状态下由于起胶结作用的盐类溶解而使其物理力学性能发生了变化，胶结性变弱，所以更易产生液化。

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范，临夏市的抗震设防烈度为7度(设计峰值加速度为0.1g)，潜在地震危险性较高。根据气象部门的统计结果，近年来临夏市区的年降水量有增加的趋势，特别是夏、秋季节降雨集中。降雨入渗导致的地层含水率瞬时增大以及农田灌溉、生活给排水渗漏等导致局部地层含水率过高使得未来该地区遭遇地震时的液化灾害风险性较大。

综合动三轴液化试验分析结果和研究区的地形地貌、地质构造特征，未来临夏市地震液化灾害预测结果如下：1)7度地震作用下，不考虑地震液化风险；2)8度地震作用下，塬边、山区和高阶地上的饱和黄土地层易产生液化，从而导致地震液化滑坡、泥流土流以及建筑地基沉降等地震地质灾害；大夏河河谷和一级阶地的粉砂层容易产生地震液化灾害，并导致喷水冒砂、地面竖向不均匀沉降和地层横向滑移等地震地质灾害，但对于粒径较粗、级配良好的砂土，可不考虑地震液化灾害风险；3)9度地震作用下，饱和土体均会产生液化，由地震液化导致的山体滑坡、泥流土流以及河谷地区喷水冒砂、竖向不均匀沉降和横向滑移区导致的地震地质灾害风险性高。

4 结语

本文基于现场调查和室内试验，对临夏市主要地震地质灾害风险进行了评价。主要得到以下结论：

1)地震作用下临夏市北部、东部斜坡、陡崖处地震诱发黄土滑坡灾害危险性较高；高烈度地震作用下南部植被覆盖率较低的山区可能发生地震滑坡灾害。

2)7度地震作用下临夏市内天然含水率较高的黄土阶地、台地可能产生震陷灾害；8度及以上地震作用下，区内覆盖层厚度较大的场地将产生严重的震陷灾害。

3)8度及以上地震作用下临夏市区潜在地震液化灾害风险较大，地震液化导致的山体滑坡、泥流土流以及河谷地区喷水冒砂、竖向不均匀沉降和横向滑移区导致的地震地质灾害风险性高。

4)地震地质灾害防治应进一步调查地震地质灾害危险区，加强地震滑坡监测预警，居民点和建设工程应当规避地震滑坡危险区；建设工程应做好震陷性和液化风险评估，并选择合适的处理技术对易产生震陷、液化灾害的场地地基进行处理；区内应坚持生态恢复和植被保护，减轻地震地质灾害造成的损失。

[1] 邓龙胜,范 文.随机地震荷载作用下黄土震陷的影响因素研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(9):1924-1931.

[2] Ishihara K,Okusa S,Oyagi N,et al.Liquefaction-induced flow slide in the collapsible loess deposit in soviet Tajik[J].Soils and Foundations,1990,30(4):73-89.

[3] 孙军杰,王兰民，龙鹏伟,等.地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害评价方法[J].岩石力学与工程学报,2011,30(4)：752-760.

[4] 王 峻,王兰民.地震荷载作用下黄土地基震陷研究[J].世界地震工程,2007,23(4):44-47.

[5] 王 鼐,王兰民.河谷地区黄土地震滑坡特征与影响因素分析[J].岩土工程学报,2013,35(S1):434-438.

[6] 郑颖人,赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报,2004,23(19):3381-3388.

[7] Manzari M.T.,Nour M.A..Significance of soil dilatancy in slope stability analysis[J].Journal of Geotchnique and Geoenvironmental Engineering,2000,126(1):5-80.

Risk evaluation of seismic geological disaster in Linxia city★

Gao Zhongnan1,2Wang Qian1*Zheng Hexiang1,2

(1.LanzhouInstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Lanzhou730000,China； 2.InstituteofAseismicEngineeringTechnologyofGansuProvince,Lanzhou730000,China)

Based on the data of geological structure and historical earthquake disasters in Linxia city, in this study, we analyzed the development of seismic geological disasters in the study area by field survey and indoor tests, then performed a risk assessment of geological disasters caused by future destructive earthquakes in the study area, provided basis for the geological hazard control work.

earthquake, landslide, soil liquefaction, disaster characteristics

1009-6825(2016)27-0040-03

2016-07-16★:地震科技星火计划项目(项目编号：XH16038Y)和“未来精英”奖学金共同资助

高中南(1986- ),男，研究实习员； 郑和祥(1963- )，男，工程师

王 谦(1985- )，男，助理研究员

P694

A