不同类型黄土场地地震诱发灾害分析

王会娟,王 平,郭利军,钱紫玲,柴少峰,夏晓雨

(1.甘肃兰州地球物理国家野外科学观测研究站,甘肃 兰州 730000;2.河北省地震灾害防御与风险评价重点实验室,河北 三河 065201;3.中国地震局兰州地震研究所,甘肃 兰州 730000;4.内蒙古能源集团有限公司乌斯太热电厂,内蒙古 阿拉善盟 750336)

0 引言

随着国家“一带一路”倡议的深入推进,黄土高原地区日益增长的重大工程建设需求和成因类型复杂、地震地质灾害频发的黄土场地成为主要矛盾。黄土场地地形和地层结构条件是影响黄土场地地震灾害和地震动响应的主要因素之一,主要是引起了地震动能量的增加和地震波传播特征的改变,导致黄土场地地震灾害频发,建设用地受到了极大限制。因此,研究局部场地条件对黄土场地动力响应特性的影响,揭示地震荷载作用下地形和地层结构诱发的地震灾害成为了岩土地震工程领域关注的重要科学问题,研究成果对黄土场地地震灾害防御具有重要的科学意义。

局部场地条件对黄土场地动力响应具有直接的影响,主要体现在局部条件对加速度、频谱特征以及变形等因素的放大或缩小,并直接导致地震灾害的严重程度[1]。复杂地形条件造成地震动放大异常,导致上部建筑结构震害严重[2],该现象在黄土塬边、沟谷和山脊地形条件下尤为突出。1994年HARTZELL等[3]针对山脊地形条件开展了研究,得出了地形效应对黄土场地的破坏较为明显。PEDERSEN等[4-5]基于地震数据,结合数值模拟技术,考虑地震波的传播特征和高程效应,分析了地震荷载作用下地形对场地效应的影响。ASHFORD等[6-8]统计分析了陡坡地形条件下建筑物的震害情况,得出了地形条件的放大效应是引起震害的主要原因。车伟等[9]研究了地形条件对地震波传播的影响,揭示了地形条件对地震动的放大具有差异性。吴志坚等[1]基于汶川地震震害调查,指出黄土场地地形条件是影响地震灾害的重要因素。

针对黄土场地地层条件的研究主要体现在土-岩接触型边坡、土层性质以及场地结构等方面,王平等[10-11]基于振动台模型试验结合数值模拟,从黄土-泥岩接触型边坡宏观破坏特征、地震动响应和破坏模式等方面,分析了黄土场地地层条件对地震动响应的影响。袁丽侠[12]针对盆地场地研究了土层性质对地震动的影响,指出了地基土的性质可导致建筑物发生破坏。李思东[13]采用数值模拟方法,得出了地震动一致条件下,土层条件是影响场地地震相应的主要因素。王会娟等[14]建立三元结构黄土场地振动台所持模型,指出了地震动频率和土层间的相互滑动摩擦作用是影响地震动响应的主要因素。兰景岩等[15]开展了离心机振动台模型试验,研究了地震动放大系数随黄土层厚度的影响规律,得出了土层厚度和放大效应呈现正相关性。

地震荷载作用下,针对黄土场地地形和地层条件动力响应的研究成果众多,但地震波在塬、塬边(斜坡)、梁等地形条件下产生的地形场地效应和土-岩接触等地层结构产生的地质场地效应[16-18]对地震灾害的影响方面的研究略有不足。有鉴于此,本文以地震作用下地形场地效应和地层场地效应的动力变形特性差异性为出发点,建立不同类型的黄土场地计算模型,在考虑自重应力、地震动力、滑动摩擦力等因素影响的基础上,开展不同类型黄土场地数值模拟计算,分析初始应力条件下的垂直应力及剪应变增量分布特征,揭示不同类型黄土场地危险特性和潜在滑移面类型;结合不同类型黄土场地简化模型动力计算结果,探讨不同地震荷载强度作用下的加速度放大系数、频谱变化特征和水平方向位移变化规律,揭示地形条件和地层结构条件对黄土场地动力响应的影响,揭示地形和地层结构条件对黄土场地地震灾害的影响。研究成果对黄土场地地震灾害防御和抗震设防具有重要的实用价值。

1 地质背景

1.1 黄土斜坡场地

甘肃省天水市典型黄土-泥岩接触型斜坡场地(图1)受南北构造带挤压强烈,构造运动频繁发生,其幅值和速度较大,对斜坡产生的影响较为明显。该地区地震震级可达Ms6～8级,极易引发大规模的地质灾害,如滑坡、崩塌和泥石流等,同时,该黄土场地地处陇南山区西秦岭山地山间断陷盆地(西礼盆地)西部,境内山峦重叠,坡陡谷深,沟壑纵横,地形复杂。东北部为黄土梁峁沟壑区,西北和西南部为秦岭石质山地,南部为土石山区,县境北缘是长江水系和黄河水系的分水地带,在构造运动的影响与外营力的共同作用,形成多种多样的地貌形态,整体地势呈现东北高西南低,斜坡坡度集中在15°～20°之间的高达81%。第四纪晚更新世以来,在陇中黄土高原形成过程中,来自异地的风成黄土覆盖在第三纪红层之上,黄土层自南向北逐渐增厚。顶部夹腐殖层。区域厚度大于 100 m,钻孔揭露 37.9 m,其中含腐殖质的淤泥质泥岩厚5.7 m。岩层倾向 ES,倾角小于 10°。

图1 黄土-泥岩接触面型斜坡剖面及特征Fig. 1 Coss section and local featunes of typical landslides

历次地震灾害调查发现,单一黄土滑坡主要由由全新世黄土或坡积黄土状土和Q3黄土组成,岩性单一、均质、原生垂直节理发育,一般具湿陷性,大多分布于塬的边缘。该类滑坡含水率较低,斜坡倾角较小,在地震作用下,黄土的架空结构发生坍塌,土颗粒发生解体,土颗粒之间的联结结构破坏发生旋转,翻滚,滑移运动,原有大孔隙结构破坏并被细小颗粒和空隙填充,空隙气压增大,有效应应力减小,抗剪强度降低,导致斜坡发生失稳破坏[19-23]。

1.2 黄土塬场地

我国西北区域黄土塬地势平坦开阔、四周沟谷切割,分布范围都在几十到几百平方公里。根据勘探资料,场地土主要由第四系的全新统杂填土、第四系上更新统黄土和中更新统黄土层组成。

甘肃省平凉市大寨乡地形复杂,北部为黄土塬,居住人口集中。南面大部地区为山地,人口居住分散。地貌类型以沟壑、残塬为主,丘陵为主,黄土覆盖层较厚,隶属黄土高原丘陵区。整体地形呈现出东北低,西南高的形态分布,平均海拔为1 350～1 700 m。常年日照充足,属温带半干旱半湿润气候,年平均气温约为9.89 ℃,昼夜温差较大。气候相对较为干燥,年平均降雨量为500多毫米左右,主要集中于夏季。大寨乡地区地表土层以黄土状粉土为主,土质疏松,垂直节理发育;中部为黄土状粉质黏土,土质较为均匀,钙质结合物含量较高;底部为第四纪红层,呈现红棕色,致密、坚硬、呈现出块状,与上覆黄土呈现不整合接触。受地形地貌和地层结构的影响,引起地震波的叠加和相对位移,最终引发局部场地出现明显的放大作用,加导致地震灾害加剧,如图2所示。

图2 平凉市大寨乡震害及地形特征Fig. 2 Damage and local featunes in Zhaoyuan,Dazhai town,Pingliang City

2 模型建立及参数设定

2.1 模型建立

本文以地震作用下地形场地效应和地层场地效应的动力变形特性差异性为出发点,建立不同类型的黄土场地计算模型,因此地形条件主要考虑塬及塬边为计算模型,地层条件主要考虑黄土-泥岩接触型的二元结构地层和纯黄土的一元结构类型。

根据甘肃省天水市典型黄土-泥岩接触型斜坡场地的实际尺寸,建立黄土-泥岩接触型二元结构斜坡模型和一元结构黄土斜坡概化分析模型,两种不同类型斜坡模型长为480 m,宽280 m,高200 m,斜坡坡顶宽度为100 m,斜坡坡面处坡角为25°,坡脚以下,斜坡坡角为15°。黄土斜坡场地模型尺寸及监测点布设如图3所示。为有效进行底层结构对黄土场地动力响应差异性的研究,概化模型监测点布设于相同部位,分别布设于距场地左边界20、100、170、240和380 m处,即斜坡后缘、坡肩、坡腰和坡脚部位。

图3 斜坡场地模型及监测点Fig. 3 The models and monitoring points of landslides types

根据甘肃省平凉市典型塬场地的钻孔资料和实际尺寸,建立一元结构和二元结构大厚度黄土场地分析模型,一元结构黄土场地模型长为140 m,宽70 m,高50 m,二元结构黄土场地模型长为75 m,宽75 m,高65 m,黄土塬场地模型尺寸及监测点布设如图4所示。黄土塬模型监测点沿高程等距布设,考虑地层条件的影响,在分界面处布设传感器。

图4 大厚度场地模型及监测点Fig. 4 The models and monitoring points of large thickness field

模型静力计算时四周采用固定约束,模型顶部自由,动力计算时清除固定约束采用自由场边界在模型四周生成二维和一维网格,通过阻尼器与主体网格进行耦合,为主体网格提供与无限场地作用相同的效果,阻止地震波在边界发生反射效应[24]。为了精确描述地震波在模型中的传播特性,模型网格划分依据网格尺寸Δl小于地震波波长的1/8或者1/10[25],因此本文模型网格长度在3～5 m之间。

2.2 物理参数

基于室内三轴试验,得出不同类型黄土场地的土性条件、物理力学参数。结合有限差分软件,通过对比分析应力-应变的发展特征,校正数值模拟所需关键参数,采用该参数进行黄土场地数值模拟参数设置。采用本构模型为Mohr—Coulomb模型,所需土体参数分别为体积模量、剪切模量、粘聚力、内摩擦角等。可根据室内试验并结合工程经验对这些参数进行取值。

室内试验所得土层参数如表1所示：

表1 物理模型材料参数Table 1 Material parameters

体积模量K、切向模量G与弹性模量E的换算式(1)如下：

(1)

式中μ为泊松比。

2.3 地震波类型

为了使数值模拟计算结果更接近实际,同时便于和振动台数据对比,数值模拟动力计算过程中采用地震波水平分量和垂直分量同时输入的方式。本文采用的不同频率地震波加速度时程曲线分别来自于2013年7月22日岷县地震波加速度时程如图5(a),水平向和垂直向最大峰值加速度为1.86 m/s2和0.87 m/s2,岷县地震波水平向和垂直向傅氏幅值谱如图5(b),卓越频率主要集中在4 Hz和8.3 Hz左右;2008年5月12日汶川8.0级地震时,汤峪强震台记录的主震加速度时程曲线,如图6所示。地震波水平向峰值加速度为2.18 m/s2,地震波垂直向峰值加速度为1.37 m/s2,地震波两分量主频集中于0.8 Hz左右。

图5 岷县地震波Fig. 5 Min Xian seismic wave

图6 汤峪地震波Fig. 6 Tangyu seismic wave

输入地震荷载时,对加速度时程乘以相应的强度系数使其峰值分别为1、2、4、8 m/s2即烈度为Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度、Ⅹ度四种工况。计算结束后,结合不同类型黄土场地动力计算数据和宏观变形特征,分析地形条件和地层结构条件对黄土场地地震灾害的影响。

3 计算结果

3.1 初始剪应变增量分析

剪应变增量是一个与位移息息相关的物理量,同时,由于岩土体发生破坏时某一面上的剪应力超过其极限应力状态,而且在此破裂面上发生较大剪切变形。因此,基于剪应变增量找出不同类型黄土场地的最软弱部位,即最易发生损坏失稳的部位。

从不同类型黄土场地X向剪应变增量分布情况如图7可知,不同类型黄土场地存在明显的剪应变增量带且位置不同。如图7(a),黄土-泥岩接触型二元结构斜坡X向剪应变增量沿接触面处呈圆弧形状分布。该剪应变增量顶部明显穿出斜坡顶部,并在斜坡顶部贯通,沿着接触面向下逐渐减小,延伸至分界面底部;斜坡表面坡脚处剪应变增量为负值(云图中蓝色部分),则表明土体沿坡腰部位至坡脚发生堆积,黄土堆积层厚度均逐渐增大。

一元结构黄土斜坡如图7(b)所示,假设为均质黄土层,其X向剪应变增量分布情况与图7(a)差异较为明显,坡面上部即靠近坡肩位置发生一定的剪切破坏,坡体内部相较于坡面破坏程度降低,坡面中部呈现共轭剪切破坏形式,斜坡坡脚和坡底发生少量土体堆积显现,整体相对稳定。

图7 不同类型黄土场地X向剪应变增量云图Fig. 7 XX strain increment cloud

大厚度场地整体较为稳定,但是二元结构黄土场地如图7(c)所见,由于内部地层结构的存在,导致场地内部发生一定的土体塌陷和堆积现象,场地表面相对于一元结构黄土场地损坏较为严重,场地周边发生相对损坏,中部略有隆起现象,而一元结构黄土场地内部无明显剪切变形。

综上所述,图7所见的地层条件对黄土场地的X向剪应变增量影响呈现倍数增长,二元结构黄土场地水平向剪应变增量是一元结构的1.5倍左右,但黄土-泥岩接触型二元结构斜坡潜在滑移面和损坏更为明显,这种现象可能由于上覆黄土与下伏红层在力学性质、物质组成和结构上均存在巨大差异,使得接触面成为天然的地质软弱带和相对滑动带。地形条件对X向剪应变增量影响不容小觑,由于图中的地形的不同,即临空面的存在则会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,斜坡场地的X向剪应变增量是大厚度黄土场地的上万倍,进一步说明黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏。

3.2 加速度放大系数变化规律

为了归纳总结地形条件和地层条件对地震动响应的差异性,本小结对比分析相同地震荷载作用下不同结构黄土斜坡场地、大厚度黄土场地随高程变化加速度放大系数的变化规律,相同场地条件下输入不同频率特性地震波的加速度放大系数变化规律,揭示震动强度和频率对不同类型黄土场地加速度变化规律的影响。

黄土斜坡场地以坡面监测点PN1(N=1、2、3、4、5)为例,其中P0为基准点,分析输入荷载为高频岷县地震波时,黄土-泥岩接触型二元结构斜坡和一元结构黄土斜坡沿坡面加速度放大系数变化特征,见图8(a)与图8(b)。

黄土-泥岩接触型二元结构斜坡加速度放大系数沿坡面由坡面至坡顶的变化规律如图8(a)所示。由坡脚至坡肩,加速度放大系数先减小后增大,坡肩位置处增大异常,坡顶相较于坡肩位置加速度放大系数减小,相较于坡面加速度放大系数增大,引起坡肩位置加速度变化异常现象的原因是由于坡肩位置应力集中造成。输入地震动强度与加速度放大系数呈现负相关性,随着地震动强度的增大,坡肩位置加速度放大系数由3左右减小至1.2,坡顶加速度放大系数在1-1.7范围内变化。

图8 黄土斜坡场地加速度放大系数变化规律Fig. 8 The law of acceleration amplification factor of landslides types

一元结构黄土斜坡加速度放大系数变化规律如图8(b)所示。其加速度放大系数沿坡面的变化规律与黄土-泥岩接触型二元结构斜坡较为相似,但地震动强度影响较小,随着地震动强度的增大,坡肩位置加速度放大系数由1.6左右减小至1.2,坡顶加速度放大系数在1.2左右变化。随着输入地震动强度的增加,黄土场地土体逐渐震密,土体强度逐渐增加,相比地震动强度较小的松软土质,加速度放大系数逐渐减小,这是引起高地震动工况下PGA出现缩小现象的主要原因之一。

大厚度场地以监测点P1N(N=1、2、3、4、5)为例,N由小到大代表监测点沿表面向黄土内部垂直延伸,其中P0为基准点,分析输入荷载为低频汤峪地震波时,二元结构黄土场地和一元结构黄土场地黄土覆盖层厚度对加速度放大系数的影响规律如图9(a)和图9(b)。

图9 大厚度黄土场地加速度放大系数变化规律Fig. 9 The law of acceleration amplification factor of large thickness field

二元结构黄土场地数值模拟计算结果与振动台试验结果[14]进行对比,两者具有较好的吻合度。沿着高程的增加,加速度放大系数逐渐增大,数值模拟计算结果显示岩层内加速度放大系数无明显放大现象,振动台试验则相反,这中现象是由于振动台试验下覆泥岩强度无法达到实际强度引起的,黄土场地表面加速度放大系数减小,可能由于传感器异常引起。随着输入地震动强度的增大,地表加速度放大系数由2.5左右减小至1.5附近。相比于黄土-泥岩接触型二元结构斜坡最大加速度放大系数增大,也许是由于黄土层覆盖厚度、地层结构不同或输入地震动频率引起。

一元结构黄土场地加速度放大系数沿高程的变化规律如图9(b)所示。黄土场地沿底部向黄土表面变化,加速度放大系数先略微减小后明显增大,地震动强度对加速度放大系数的影响与前文相同。相比于一元结构黄土斜坡坡顶(P51),场地表面加速度放大系数明显增大,进一步证明该现象是由于黄土层结构特征和输入地震波频率不同造成。

总之,如图8(a)、图8(b)、图9(a)、图9(b)所示的地层条件对黄土场地加速度放大系数的影响明显,二元结构黄土场地加速度放大系数约为一元结构黄土场地1.5倍,图中的地形条件的不同对加速度放大系数的影响不容忽视,斜坡坡肩处加速度放大系数是坡顶处的1.2左右,与黄土场地表面相差较大。

以二元结构黄土场地和斜坡场地为例,分别输入汤峪地震波和岷县地震波(见图10),分析不同频率地震波对黄土场地加速度放大系数的影响。

图10 不同类型黄土场地加速度放大系数变化规律Fig. 10 The law of acceleration amplification factor

如图10(a)实线所示,黄土场地输入荷载为高频岷县地震波时,加速度放大系数随高程的变化趋势与汤峪地震波作用下较为一致,均表现出随高程增加加速度放大系数逐渐增加的现象,但是岷县地震荷载作用下黄土场地底部(P0-P13)加速度放大系数增大明显,黄土场地顶部,加速度放大系数相比汤峪地震波明显减小。说明对于二元结构黄土场地,低频地震波对黄土场地浅层加速度放大系数影响较为明显。

如图10(b)实线所示,黄土-泥岩接触型二元结构斜坡场地输入荷载为高频岷县地震波时,随高程增加加速度放大系数呈现出先增加后减小的趋势,斜坡坡脚至坡腰处(P0-P31)岷县地震荷载作用下加速度放大系数增大明显,坡肩至斜坡顶部(P41-P51)加速度放大系数相比汤峪地震波明显减小。说明临空面附近,高频地震波对斜坡场地动力响应影响明显,斜坡坡顶平坦场地低频地震波影响显著。

3.3 频谱变化特征

以输入水平垂直耦合岷县地震动荷载加速度幅值4 m/s2为例,简明分析黄土-泥岩接触型二元结构斜坡和一元结构黄土斜坡沿破表不同监测点的傅里叶谱变化特征(见图11)。

黄土-泥岩接触型二元结构斜坡沿坡面各监测点的傅里叶谱变化规律,如图11(a),坡脚处(P11)频带主要分布在0.1～3 Hz范围内附近,最大幅值在4左右,与输入岷县地震波水平分量的卓越频率(4 Hz)相比略向低频方向偏移,斜坡表面随着高度的增加,坡肩处(P41)的频带范围变宽,最大幅值增大至8左右,约是坡脚处的2倍,即随着高程的增加频率向高频方向偏移较为明显,进一步说明斜坡表面坡肩处土体发生较大的剪切破坏。一元结构黄土斜坡,如图11(b),坡面各监测点卓越频率近似相同,均在2.5 Hz左右,但是坡肩(P51)傅里叶谱幅值较大,说明坡肩位置地震动能量较为聚集,易失稳破坏。

图11 黄土斜坡场地表层傅里叶谱特征曲线Fig. 11 Fourier spectral characteristic curve of landslides types

归纳上述,地层结构对地震动放大效应影响显著,斜坡坡肩处易造成地震动能量发生聚集,发生剪切破坏,导致斜坡失稳,除此之外,黄土覆盖层厚度对卓越频率的影响较为明显。

3.4 变形破坏特征

以输入水平垂直耦合地震动荷载加速度幅值为4 m/s2为例,为更明确观测地形条件和地层条件对黄土场地变形破坏特征的影响,沿不同类型黄土场地中心轴方向进行切片,如图12所示。

图12 地震荷载作用下X向位移云图Fig. 12 XX displacement nephogram

黄土-泥岩接触型二元结构斜坡位移云图如图12(a)所示,即在地震荷载作用下,斜坡沿坡表发生大面积的滑动,涉及范围长达200 m以上,但黄土层滑动厚度随着向坡脚的移动逐渐减小,坡腰位置滑动速率明显降低,岩-土界面处形成明显的贯通滑移面,岩层基本处于稳定状态。

一元结构黄土斜坡位移云图如图12(b)所示。最大水平位移发生在黄土浅表层坡腰处,厚度达5 m左右,长度约为100 m,并且沿坡面向黄土体内部逐渐延伸呈现斜“υ”状分布,位移分层现象明显,坡脚和斜坡底部土体无明显变形,斜坡内部无明显滑移面存在。

黄土塬场地位移分布云图如图12(c)和图12(d)所示。此类黄土场地在地震作用下基本处于稳定状态,随着地震波的传播,土层发生微弱剪切变化,无明显滑动破坏现象。二元结构黄土场地最大水平位移是一元结构黄土场地的2倍,说明地层条件的存在加剧了剪切位移的产生。

总而言之,地震荷载作用下黄土-泥岩接触型二元结构斜坡沿地质软弱带即潜在滑移面发生大规模滑动,由于坡脚处角度的改变发生黄土大面积堆积。相比之下,一元结构黄土斜坡水平向最大位移无论是涉及范围长度还是厚度均有所减小,沿坡面向黄土体内部逐渐延伸呈现斜“υ”状分布。大厚度黄土场地相较于斜坡场地相对稳定,无明显大变形现象。

4 黄土斜坡失稳的力学模型

基于前文分析可得,黄土斜坡场地由于临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动,更易发生失稳破坏,产生较大的变形现象。因此对斜坡场地进行力学分析,判别其危险特性。大厚度黄土场地在自身重力下发生向下的沉积固结,在地震力水平分量作用下土体整体产生水平向正负位移,地震力垂直分量作用下土体发生疏松沉降。因此大厚度黄土场地不做详细受力分析。

针对黄土-泥岩接触型二元结构斜坡,上覆第四纪松散堆积物和下伏泥岩之间形成软弱结构面,软弱结构面的存在增加了斜坡发生失稳的危险性。由其动力计算云图可知,黄土-泥岩接触面为斜坡的滑动面,滑动面的强度服从莫尔-库伦判据,其受力示意图如图13(a)所示。

一元结构黄土斜坡中无结构面存在,根据粘性土坡整体圆弧滑动法,假定均值黄土斜坡滑动体为刚体,滑动面为圆弧AC,R为圆弧半径,d为滑体重心与圆弧远点间的距离,根据稳定安全系数计算公式进行稳定性计算,其受力示意图如图13(b)所示。

图13 受力示意图Fig. 13 Schematic diagram of force

图中,G为斜坡体上覆黄土层重力大小,Qh为地震力水平分量,Qv为地震力垂直分量,斜坡体垂直方向高度H=200 m,水平方向滑移距离L=300 m,斜坡宽度B=280 m,斜坡滑动面与水平面夹角为α,斜坡滑动面与坡面夹角为θ,接触面出内聚力为Cj,内摩擦角为φj。

当仅考虑重力作用下斜坡的稳定性时,其受力分析如下：

重力沿滑动面上的垂直分量：Gv=Gcosα

重力沿滑动面上的水平分量：Gh=Gsinα

下滑力：Fr=Gh=Gsinα

抗滑力：Fs=Gvtanφj+CjL=Gcosαtanφj+CjL

根据稳定系数的定义,则斜坡的稳定性系数计算如式(1)

(1)

针对一元结构黄土斜坡,稳定安全系数计算公式如式(2)

(2)

当考虑重力和地震力共同作用下斜坡的稳定性时,以地震力水平分量X正方向和地震力垂直分量Z负方向为例,其受力分析如下：

下滑力：F′r=Gsinα+Qvsinα+Qhcosα

抗滑力：F′s=(G+Qv)cosαtanφj-Qhsinαtanφj+CjL

对比两种不同情况下下滑力和抗滑力可得,地震力作用导致斜坡的下滑力增大,抗滑力减小,致使斜坡稳定性系数减小,因此黄土-泥岩接触型斜坡发生失稳破坏,但是一元结构黄土斜坡是否发生变形破坏受地震动强度的大小和滑动面的位置影响较大。

5 结论

1)黄土-泥岩接触型二元结构斜坡,地层条件的存在导致上覆黄土与下伏泥岩接触面形成软弱结构面,在地震作用下极易发生滑动破坏引起斜坡失稳,并且在坡肩位置引起较为明显的动力响应,加速度放大系数是坡顶的2倍左右;相同条件下一元结构黄土斜坡加速度放大系数是二元结构的0.7倍左右。

2)地层条件相同时,黄土斜坡临空面的存在会引起土体沿坡面发生一定范围的滑动和堆积,黄土塬内较塬边更为稳定,不易发生损伤破坏,斜坡坡肩处加速度放大系数是坡顶处的1.2左右,与黄土场地表面相差较大,易造成地震动能量发生聚集。

3)低频地震波对平坦场地的地震响应影响明显,随着高程的增加,频带宽度增加,傅里叶谱幅值增加,坡肩处的幅值是坡脚的2倍左右。

4)黄土斜坡场地在地震荷载作用下易形成滑移面,上覆黄土沿滑移面发生剪切滑动破坏,诱发大面积的滑坡灾害;黄土塬场地在剪切力和压张破坏条件下土体发生震酥震损现象,进而诱发黄土场地局部震陷灾害。