地震诱发老滑坡堆积体复活机制研究及稳定性评价

李金洋，郝彦鹏，佘 涛，熊德清

（1.中国地质科学院探矿工艺研究所，四川成都611734；2.河北建设勘察研究院有限公司,河北石家庄050031）

受“5·12”汶川地震影响，地震灾区斜坡的坡体产生规模不等的单体滑坡3000多处[1-2]，目前众多学者对地震诱发大型岩质滑坡的发育分布规律[3-5]、形成机理[6-8]等进行了较详细的研究，取得了丰富的成果。在现场调研中，发现老滑坡堆积体在地震影响下，也发生了不同程度的变形破坏，而目前对地震导致古滑坡或老滑坡复活的特征以及机理研究的案例较少。因此，本文以北川县筲箕窝滑坡为例，采用数值模拟的方式，研究了在地震作用下，老滑坡复活机理，并根据变形破坏特征对其在不同工况下的稳定性进行评价，该成果对丰富、完善地震诱发斜坡地质灾害具有一定意义。

1 地质环境条件

滑坡区为侵蚀构造中山，相对高差超过1000m，沟谷谷坡一般大于20°；滑坡区及其附近出露地层主要为志留系中上统茂县群组第三亚组第一段基岩（S2-3mx3-1），出露基岩产状330°∠46°～51°，发育2组结构面，产状分别为235°∠77°、330°∠80°，前者间距0.5～2m，延伸较短，后者间距1～3m，延伸较长，裂隙局部张开1～2cm。

构造上处在龙门山后山褶皱带，为大鱼口倒转复向斜的南西翼。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），滑坡区地震峰动加速度为0.40g，地震动反应谱特征周期为0.3s，地震基本烈度调整为Ⅹ度。

2 滑坡特征

2.1 老滑坡基本特征

筲箕窝滑坡位于老麂沟的右岸河流转弯处，斜坡为顺向坡，老滑坡平面上呈长舌状，主滑方向为330°，高差约400m，长1050m，宽260～320m，厚度为25m，滑坡整体体积为约8.17×107m3，为大型滑坡。滑坡形态呈陡—缓—陡状，上、中、下部平均坡度分别为：28°、19°、23°。滑体由碎石土与似层状块碎石土组成，下部似层状大块石局部架空，为滑坡充分解体后产生。根据现场勘查发现，筲箕窝滑坡老滑坡为滑移—溃曲形成。

2.2 滑坡地震复活（变形破坏）特征

按照滑坡实际的地形及变形特征将筲箕窝滑坡分为3个复活体（图1、图2）。1#复活体位于老滑坡的后部，整体蠕滑，具明显变形迹象，后部与中后部形成拉多处张裂缝与多级下错陡坎，中前部泉水出露。2#复活体位于滑坡右侧的中前部，滑坡后部出现几条裂缝，裂缝未圈闭，前部有轻微鼓胀现象；3#复活体位于老滑坡的左侧的中前部，仅前缘局部有变形破裂迹象，整体处于蠕滑阶段，变形迹象较弱。

3 地震导致滑坡复活机制的数值模拟分析

3.1 计算模型建立

根据实际边界条件，建立滑坡计算模型空间形态特征。由于坡体物质存在明显的分层特征，表层碎块石土及深部基岩物理力学性质存在较大差异性，将计算模型材料分为基岩与碎石土2种材料，数值模拟中采用Mohr-Coulomb准则[9]、选取物理力学参数见表1。

表1 岩土体物理力学参数取值

初始状态下，只考虑自重应力场，不考虑构造及初始位移场。计算模型四周设置法向约束，底部设置成固定约束边界，滑坡表面设置成自由边界。地震状态下，模型周边设置为自由边界、底部设置为静止边界，以此减少模型边界上波的反射。如前述，滑坡区烈度为Ⅹ度、地震加速度为0.4g，卓越周期取值为0.3s，采用合成加速度时程曲线作为地震荷载施加在模型的底部，并选取局部阻尼，阻尼系数取0.15。

3.2 数值模拟结果分析

（1）初始剪应变增量特征分析。筲箕窝滑坡滑坡体为结构较松散的第四系碎石土组成，滑床为基岩，两者物理力学参数相差甚大，易在基覆界面处产生剪应力集中，成为潜在的失稳破坏位置。从初始状态剪应变增量剖面（图3）可看出，坡体的剪切应变集中带沿覆滑体与基岩的接触面分布，数值分析与理论分析相吻合。初始条件下剪切应变高值区分布在滑坡的上下两处，上部较下部应变大，由此可知堆积体变形破坏的发展首先是从堆积体后缘开始。

图3 初始状态下剪应变增量剖面特征图

（2）地震作用下剪应变增量特征分析。地震对滑坡造成的影响主要集中在后部，前部断续分布，与初始状态相比，地震状态下滑坡剪切应变增量分布区域相似，但在幅值与条带范围均有所扩大，证明了地震加剧了斜坡变形，是滑坡复活的诱发因素；在坡体内部剪切应变增量集中带仍在岩土界面处，在后缘坡内与地表连通，在后缘已经出现贯通剪应变，基岩内部未出现剪应变增量，说明地震只对滑坡堆积体本身产生影响（图4）。

图4 地震作用下剪应变增量剖面特征图

（3）地震作用下总位移特征分析。通过地震作用下的最大位移云图（图5）可以看出，数值模拟与现场调查的宏观变形破裂现象基本吻合。地震作用下，最大位移主要集中在堆积体中后部，最大位移值0.4m，很好地解释了地震波的高程放大效应[10]；除后部出现的位移集中区外，在前部坡度较陡段及堆积体较厚段也出现应力集中区，说明斜坡对地震波的响应受地形的影响。

4 滑坡稳定性分析

（1）计算方法及工况选取。基于极限平衡理论，选取图1中的1-1′与2-2′剖面作为进行条分剖面，对滑坡的整体与局部在不同工况下的稳定性进行计算。其中，降雨工况下选取饱水状态的岩土体物理学参数，地震工况下同时考虑地震惯性力与重力。

图5 地震作用下最大位移分布图

稳定性计算地震惯性力只考虑水平推力，水平地震惯性推力计算按下公式计算：

式中：Kh——地震加速度；

W——滑块自重。

计算参数参照表1。

（2）计算结果分析。按上述计算模型和计算参数，采用不同方法对滑坡稳定性进行计算，结合各复活区及整体在不同工况下的稳定性计算结果，根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T0218-2006）滑坡稳定状态划分标准，对各潜在不稳定体的稳定性状况进行初步评价（表2）。

表2 滑坡稳定性系数计算结果表

计算结果表明：滑坡整体在不同工况下处于基本稳定—稳定状态，不存在发生整体失稳破坏的可能；各复活体在暴雨工况下稳定性最差，地震工况次之，天然状态下处于稳定状态，说明降雨成为诱发地震复活体进一步失稳破坏的主要诱因。在暴雨工况下，1#复活体稳定系数小于1，2#、3#复活体稳定系数在1～1.05之间，故1#复活体稳定性最差，暴雨作用下最有可能发生进一步滑动。

5 结论

通过本文的研究得出以下结论：

（1）“5.12”地震后，老滑坡发生局部复活，于后部、前部形成3个复活变形区，且后部1#复活体变形迹象最为明显；

（2）地震加剧了斜坡变形，是滑坡复活的诱发因素，滑坡复活滑面为基覆接触面，下伏基岩基本未发生变形位移，表明地震主要对堆积体产生影响，变形位移主要发生在坡体后部及前部堆积体较厚的陡坡处，很好地验证了地震波的高程放大效应及地形效应；

（3）经过稳定性计算，老滑坡不具备整体失稳的可能，降雨工况下，各复活体稳定性最低，以1#复活体稳定性最差，表明降雨成为诱发地震复活体进一步失稳破坏的主要诱因。