樊曉一

（西南科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，四川 綿陽 621010)

西南地區(qū)地處我國青藏高原向四川盆地的過渡地段，由于其特殊的地質(zhì)地貌環(huán)境和強(qiáng)烈的內(nèi)、外動(dòng)力條件，地震誘發(fā)的滑坡常造成巨大的災(zāi)害損失和人員傷亡[1-3]。而且地震導(dǎo)致的滑坡災(zāi)害會(huì)持續(xù)較長的一段時(shí)間，一旦發(fā)生較大規(guī)模的滑坡，會(huì)造成嚴(yán)重的建筑毀壞和人員傷亡。震后滑坡災(zāi)害將會(huì)給災(zāi)區(qū)的恢復(fù)重建造成嚴(yán)重的安全隱患，威脅到當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全。

地震誘發(fā)滑坡在我國分布非常普遍，根據(jù)對(duì)1949年至2005年近60年以來Ms≥5.0 級(jí)300多個(gè)地震震例的研究結(jié)果表明[4]，全國20多個(gè)省區(qū)都有地震誘發(fā)崩塌滑坡災(zāi)害發(fā)生，特別是地震較多的西部地區(qū)，地震誘發(fā)崩塌滑坡尤其嚴(yán)重。地震誘發(fā)滑坡災(zāi)害不僅可以造成生命、財(cái)產(chǎn)損失，破壞生命線工程，其造成的堰塞湖等次生災(zāi)害危害程度有時(shí)甚至超過地震本身；另外地震誘發(fā)崩塌滑坡災(zāi)害是震后應(yīng)急中制定救援決策、選擇救援路線的重要影響因素，所以對(duì)地震誘發(fā)滑坡災(zāi)害進(jìn)行系統(tǒng)研究，是今后地震災(zāi)害研究中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面。

1 西南地區(qū)的地震概況

圖1 西南地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造綱要圖

造成2008年5.12 汶川地震的主要構(gòu)造映秀-北川斷裂帶，傾向北西，傾角60°～70°。地質(zhì)構(gòu)造處于龍門山褶斷帶之北川斷裂帶，是前龍門山褶皺帶與后龍門山褶皺帶的分界線。1973年2月6日，四川省甘孜藏族自治州境內(nèi)的爐霍縣發(fā)生了7.9 極地震。地震發(fā)生在青藏高原東南部的鮮水河中游，位于印支期的甘孜－阿壩褶鄒帶內(nèi)的爐霍－道孚斷裂帶上。該斷裂帶北西向展布，沿該斷裂帶曾發(fā)生過多次強(qiáng)震。1974年5月11日，云南昭通發(fā)生7.1 級(jí)地震。據(jù)調(diào)查，該次地震除了與北東向的高橋－元亨隱伏斷裂的活動(dòng)有關(guān)外，還與近東西向的鹽津－丁木構(gòu)造帶和北西向的綏江－鹽津構(gòu)造帶有關(guān)。1976年8月16日和23日，四川松潘、平武相繼發(fā)生了兩次7.2級(jí)地震，正處于龍門山北東向構(gòu)造帶、西秦嶺東西向構(gòu)造帶和岷山南北向構(gòu)造帶的匯合部位，構(gòu)造比較復(fù)雜。其具體位置發(fā)生在岷山南北向構(gòu)造帶的虎牙斷裂帶上(圖1)。

表1 西南地區(qū)地震滑坡坡度分布

2 地震滑坡坡度分布

坡度對(duì)滑坡的發(fā)育具有重要影響。坡體的臨空面是否能成為有效臨空面[5]，與坡體的坡度的關(guān)系極大。斜坡的坡度與可能轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)面的坡體結(jié)構(gòu)面傾角決定了坡體的臨空面能否成為滑坡發(fā)育的有效臨空面。斜坡的坡度一直被認(rèn)為是影響滑坡穩(wěn)定性的重要因素，并決定于滑坡的幾何特征。同時(shí)，坡度應(yīng)力分布，也決定著滑坡的穩(wěn)定性。地形坡度越陡則越容易引發(fā)滑坡、崩塌。就滑坡而言，在某一地區(qū)條件下存在著一個(gè)容易觸發(fā)的角度范圍，若大于該角度范圍，則容易引起崩塌。在不同的地震區(qū)域，受地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等條件的影響，地震滑坡發(fā)育的優(yōu)勢坡度范圍存在一定的差異（表1）。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和遙感解譯的汶川地震滑坡與爐霍地震、昭通地震、松潘-平武地震誘發(fā)滑坡的優(yōu)勢坡度范圍為30～50°[6-8]，這與已有的研究結(jié)果一致[9-11]。根據(jù)地震滑坡坡度分布的統(tǒng)計(jì)特征，結(jié)果顯示Logistic分布能最佳擬合其分布規(guī)律。Logistic分布函數(shù)為：

式中，a為L(a,b)分布的位置參數(shù)，b為尺度參數(shù)。b 值越小曲線越陡，b 值越大曲線越平直。位置參數(shù)顯示了地震滑坡的最優(yōu)勢坡度，圖2 表明西南地區(qū)地震滑坡的最優(yōu)勢坡度非常接近，約為40°。尺度參數(shù)表明了地震滑坡坡度分布的集中度，其值越小，表明有效坡度范圍越小，坡度集中度高。汶川地震與松潘-平武地震滑坡的坡度集中度相對(duì)較高，并且其數(shù)值接近，從地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌特征上也說明地震滑坡坡度發(fā)育的區(qū)域特征。

圖2 西南地區(qū)地震滑坡坡度分布和擬合曲線

3 地震滑坡與降雨滑坡坡度分布

地貌對(duì)地震滑坡的影響主要有二個(gè)方面：一是坡度和坡高的；二是坡形。前者的影響遠(yuǎn)大于后者。地震時(shí),斜坡上的振動(dòng)幅度隨著高度有所提高,主水平分量變化大。變化的性質(zhì)取決于振動(dòng)頻率、振動(dòng)傳來的方向和斜坡的坡度等。斜坡的測震觀測結(jié)果指出[11]：①斜坡上的地震烈度相對(duì)于谷底增加1 度左右。②在角度超過15°的截圓錐狀山體上部點(diǎn)的位移幅值與其下部幅值相比，其局部譜段值增加高達(dá)7倍。

降雨對(duì)滑坡體影響有滑體含水率、滑體容重、滑帶土內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力的變化等，該影響具有一定的時(shí)間進(jìn)程。另一個(gè)直接影響是地下水位及孔隙水壓力的變化，降雨導(dǎo)致滑坡的地下水位升高，孔隙水壓力增大。地下水對(duì)滑坡及斜坡穩(wěn)定性的影響包括對(duì)巖土體強(qiáng)度和斜坡應(yīng)力狀態(tài)的影響兩個(gè)方面?；缕露扔绊懡涤戤a(chǎn)流的進(jìn)程，進(jìn)而影響地下水位及孔隙水壓力的變化[12]。

地震滑坡與常見降雨誘發(fā)滑坡明顯不同的是，前者滑坡滑床不具有連續(xù)平整的滑面，“地震拋擲”和“撞擊崩裂”是地震極震區(qū)滑坡的一大共性[2]，其坡度分布遵循兩個(gè)參數(shù)的Logistic分布規(guī)律，即位置參數(shù)和尺度參數(shù)就可描述地震滑坡的坡度分布特征。已有的研究表明，降雨滑坡常具有連續(xù)的滑動(dòng)面，滑坡發(fā)育歸結(jié)于滑動(dòng)面受地下水影響導(dǎo)致其內(nèi)聚力和抗剪強(qiáng)度減小,滑坡的驅(qū)動(dòng)力是坡體內(nèi)部的剪切力，其與坡度成正比。已有研究表明降雨滑坡坡度分布遵循三參數(shù)Weibull分布規(guī)律[13,14]，形狀參數(shù)控制函數(shù)分布的形狀，其值大于1 表示滑坡結(jié)構(gòu)可靠性分析上的疲勞故障，是由于坡體結(jié)構(gòu)演化而導(dǎo)致的累計(jì)破壞；尺度參數(shù)控制著Weibull分布的概率密度函數(shù)圖膨脹、縮減程度和坡度峰值位置的位移,表示滑坡最敏感的坡度；位置參數(shù)控制概率密度函數(shù)的平行位移和滑坡發(fā)育的最小坡度。

4 地震滑坡坡度坡率分布

應(yīng)用Logistic分布的累積概率分布函數(shù)得到基于地震滑坡坡度累計(jì)分布方程：

此評(píng)價(jià)模型中表示滑坡累計(jì)分布率。它表示斜坡在同一地震誘發(fā)滑坡的范圍內(nèi)，坡度在[0,x]的條件下發(fā)生滑坡坡度分布的概率。由此，當(dāng)坡度為[1x,x2]范圍內(nèi)，同一地震誘發(fā)滑坡的分布率表示為：

圖3根據(jù)Logistic 的位置參數(shù)和尺度參數(shù)得到西南地震滑坡坡度概率分布特征。汶川地震和松潘-平武地震滑坡的尺度指數(shù)最小，滑坡坡度分布優(yōu)勢坡度區(qū)域最小，集中度最高。廬霍地震，昭通地震滑坡坡度尺度指數(shù)最大，四個(gè)地震滑坡在30°～50°區(qū)間占滑坡總數(shù)分別為87.2%、75.9%、77.7%、68.0%。地震滑坡坡度分布與地震區(qū)的地形地貌、地震震級(jí)密切相關(guān)。汶川地震、廬霍地震、松潘-平武地震和昭通地震同在中高山地形地貌區(qū)，地震滑坡優(yōu)勢坡度區(qū)域內(nèi)滑坡數(shù)占滑坡總數(shù)比值與地震震級(jí)呈正相關(guān)關(guān)系。

圖3 地震滑坡坡度坡率分布

圖4 地震滑坡坡度的累積分布

圖4根據(jù)Logistic 的位置參數(shù)和尺度參數(shù)得到西南地震滑坡隨坡度的累積分布。累積Logistic分布表示地震滑坡坡度分布的概率，表示了任一坡度范圍各地震滑坡的分布率，在進(jìn)行地震滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中，可利用圖4 獲得地震區(qū)域不同坡度范圍滑坡的分布率。

因此，利用公式(2)和圖3可對(duì)典型地震滑坡分布規(guī)律進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)；利用公式(3)和圖4 則可計(jì)算和評(píng)價(jià)區(qū)域地震滑坡坡度分布特征。

5 結(jié)論

地震滑坡的驅(qū)動(dòng)力是地震震動(dòng)力和坡體內(nèi)部的剪切力，滑坡坡度是地震滑坡發(fā)育的重要控制因素。西南地區(qū)的地震滑坡主要發(fā)育在中高山地形地貌區(qū)域，滑坡的坡度在60°以下，坡度在60°以上的坡體，破壞主要以崩塌和滾石的方式發(fā)生。地震滑坡坡度頻率分布就遵循Logistic分布，位置參數(shù)表示了地震滑坡的最優(yōu)勢坡度，尺度參數(shù)表明了有效坡度區(qū)域的集中程度，并且尺度參數(shù)與地震震級(jí)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

地震的作用導(dǎo)致了坡體震裂和松散，在余震、降雨等其他誘發(fā)因素下極易產(chǎn)生新的滑坡災(zāi)害，如何確定新滑坡的發(fā)育特征以及地震災(zāi)區(qū)滑坡危險(xiǎn)度區(qū)劃，是地震災(zāi)區(qū)滑坡減災(zāi)防災(zāi)關(guān)鍵問題之一。而對(duì)評(píng)價(jià)因子的定量化計(jì)算歷來是滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)難點(diǎn)，利用Logistic分布函數(shù)建立地震滑坡坡度分布圖可對(duì)典型滑坡坡度的分布進(jìn)行定量計(jì)算；累積地震滑坡坡度分布圖為地震災(zāi)區(qū)的區(qū)域滑坡坡度分布評(píng)價(jià)提供了新的方法。此研究方法可推廣應(yīng)用于滑坡其它影響因子的分布特征定量計(jì)算。

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