地震诱发玉树堆积层滑坡的变形破坏机理浅析

文/李怀兵

1.引言

我国是全球大陆地震最集中、活动性最高的地区之一[1]，历史上曾发生多次强震，目前正处于地震活跃期。

滑坡是我国最常见的一种自然灾害。滑坡灾害不仅造成巨大的经济损失,还严重危害人民的生命安全。例如，2010年4月14日发生的7.1级青海玉树地震，造成约2698人遇难，经济损失近十亿元。且据不完全统计，中国每年因滑坡灾害造成的经济损失就在10亿美元以上,依据中国地调局地质灾害通报数据,2009仅全国特大型和大型滑坡灾害共发生16起,直接经济损失达到1.90亿元人民币；2011年死亡失踪10人以上或直接经济损失1亿元以上的重大灾害发生7起,直接经济损失5.99亿元人民币；仅在2012年8月,全国共发生地质灾害5752起,其中滑坡高达4841起，造成直接损失超过数十亿元。

堆积层滑坡作为一种典型滑坡，具有分布广泛、爆发频率高、持续危害性大等特点，在滑坡类型中占很大的比例[2]。据不完全统计，仅在长江上游地区100万km2范围内,就发育滑坡1736个,其中64%为堆积层滑坡,而在三峡库区二、三期治理和监测的崩塌滑坡灾害点中,堆积层滑坡点约占80%[3]。因而，研究高烈度地震区，堆积层滑坡的变形破坏机制具有重要意义。

近年来，关于地震作用下的堆积层滑坡分析已经有了很多研究。仵大碧[4]对地震作用下的黄土滑坡进行了稳定性分析。王明轩[5]针对许家湾滑坡分析了其成因机理和边坡的稳定性。苏生瑞[6]对汶川地震的滑坡形成机理进行了数值模拟研究。可见，目前对堆积层滑坡的变形破坏机理研究还比较缺乏。

本文以玉树机场路滑坡群0#堆积层滑坡为依托，重点归纳了地震作用下，玉树堆积层滑坡的两种变形破坏机制。

2.地震作用下堆积层滑坡的变形破坏机理

玉树0#滑坡坡面坡度约20°，其第七块滑坡滑动方向NE52°，主滑段倾角约18°～19°，沿线路宽约133m，垂直线路长度183m，滑体体积约12.1×104m3。

堆积层主要由角砾土、碎石土以及粘土构成，其地球物理特性如图1所示。从图1中可以看出其滑坡介质电阻率分布较均匀且物性层位清楚，能够反映边坡内部情况及滑坡发育情况。两剖面有非常好的对应关系，表层局部阻值较高，而中层较低且形成连续的闭合低阻闭合圈，为低阻软弱含水层或过湿带，后部高阻区为基岩。

图1 滑坡物探纵断面图

图2 0#滑坡某典型断面图 （1：500）

2.1 有限元模型的建立

由于0#第七条堆积层滑坡坡体结构及构成相近，简化为二维模型进行模型分析，如图2所示，模型长48m,高25.5m,与原型比例约为1：4。

滑体采用参数：ψ= 28°，E=18Mpa C=22Kpa,u=0.3;基岩采用参数35°，E=60Mpa，C=40Kpa,u=0.18。

本文采用ABAQUS数值模拟软件进行建模分析，为使结果具有一般性，采用南北向EL-Centro波进行加载分析（如图3）。有限元模型单元均采用CPE4平面应变单元，划分好的计算模型如图4所示。

2.2 数值模拟结果分析

通过数值模拟得出：地震作用下，坡体变形首先从坡体后部开始，并不断向前缘发展,图中单位均为mm,如图5所示。

随着动峰值加速度的增大，滑体的塑性变形进一步增大。此时，滑体塑性变形在土岩结合面最大（如图6）。

当振动效应积累至一定程度后，坡体形成浅层滑动面，体现出了以浅层滑动面为依附面的坡面变形，并向坡体内部（深层滑面）不断牵引，如图7所示。

随着动峰值加速度的进一步增大，滑体在土岩结合面逐渐形成新的深层滑动面，如图8所示。

图3 EI-Centro波水平向加速度时程曲线

图4 有限元计算模型

图5 0.1g水平加速度作用下滑体塑性变形

图6 0.2g水平加速度作用下滑体塑性变形

图7 0.3g水平加速度作用下滑体位移

图8 0.4g水平加速度作用下滑体塑性变形

通过上述分析，在地震作用下，玉树堆积层0#第七条滑坡变形体现为多个滑动面的多级滑坡。在0.1g水平加速度作用下，首先在坡体后缘形成浅层滑动；随着峰值加速度的进一步增大，体现出了以浅层滑动面为依附面的坡面变形并向坡体内部（深层滑面）不断牵引，最终形成深层滑动，坡体整体失稳。本次数值模拟结果与震后调查结果基本一致。

3.结论

本文以玉树地震0#滑坡第七块滑坡为模拟原型，通过物探及其组成成份分析，将其简化为二维模型进行数值模拟，并得出以下结论：

（1）在地震作用下，堆积层滑坡的失稳是一个变形累积的渐进破坏过程；动峰值加速度越大，变形越大。

（2）在地震作用下，玉树0#第七滑块堆积层滑坡的变形破坏发育于坡体浅层滑面，逐渐向坡体深层滑面发展，最终形成多滑动面的多级滑坡。

（3）本次模拟结果与震后调查结果基本一致。