郭沉穩(wěn), 姚令侃,2,3, 段書蘇, 黃藝丹,2,3
(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都610031;2.抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室道路與鐵道工程抗震技術(shù)研究所,四川成都610031;3.高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610031)
汶川、蘆山、尼泊爾地震觸發(fā)崩塌滑坡分布規(guī)律
郭沉穩(wěn)1, 姚令侃1,2,3, 段書蘇1, 黃藝丹1,2,3
(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都610031;2.抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室道路與鐵道工程抗震技術(shù)研究所,四川成都610031;3.高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都610031)
為探究地震觸發(fā)崩塌滑坡的分布規(guī)律,基于汶川地震22 302個(gè)、蘆山地震1 608個(gè)以及尼泊爾地震919個(gè)觸發(fā)的崩塌滑坡數(shù)據(jù),利用GIS技術(shù)對(duì)其分布與斷層距、巖性、坡位和坡形之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析.結(jié)果表明:3次地震觸發(fā)的崩塌滑坡均具有硬巖區(qū)比軟巖區(qū)、復(fù)雜坡形(凸、凹形坡)比簡(jiǎn)單平面坡更嚴(yán)重的規(guī)律和“上下盤效應(yīng)”;在一般情況下,地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布具有“斷裂帶效應(yīng)”,但在烈度異常情況下不存在“斷裂帶效應(yīng)”;僅當(dāng)烈度不小于Ⅸ度時(shí),崩塌滑坡才凸顯出在高坡位更嚴(yán)重的特點(diǎn).
汶川地震;蘆山地震;尼泊爾地震;崩塌滑坡;分布規(guī)律
2008年5月12日發(fā)生在中國(guó)汶川的大地震,直接觸發(fā)的崩塌滑坡總數(shù)達(dá)4~5萬處,這些崩塌滑坡是人們感受最深的次生災(zāi)害之一,其分布規(guī)律也成為研究的熱點(diǎn)課題.利用汶川地震實(shí)震資料,在地震觸發(fā)崩塌滑坡分布受斷層、地形地貌以及巖性因素影響等方面,獲得了很多新的認(rèn)識(shí)[1].然而,僅憑一次地震獲得的結(jié)論是否具有普適性,一直是人們關(guān)注的問題.
汶川地震之后,2013年4月20日發(fā)生的蘆山Ms7.0級(jí)地震,2015年4月25日發(fā)生在尼泊爾Gorkha的Mw7.8級(jí)地震,也觸發(fā)了大量崩塌滑坡,成為本世紀(jì)以來地震觸發(fā)崩塌滑坡數(shù)量最多的3次地震.這3次地震震中位于青藏高原邊緣地帶,且均屬于由逆沖斷層引發(fā)的強(qiáng)烈地震[2-3],可以認(rèn)為這3次地震的自然條件具有一定的相似性.本文利用這3次地震的實(shí)震資料,對(duì)比分析了地震觸發(fā)崩塌滑坡的分布規(guī)律,對(duì)汶川地震獲得的認(rèn)識(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)與細(xì)化,以期得到更具普適性意義的規(guī)律.
利用震后遙感衛(wèi)星影像提取崩塌滑坡分布,輔以野外實(shí)地調(diào)查,通過GIS軟件圈定出災(zāi)害的位置和大?。捎阢氪ǖ卣?、蘆山地震發(fā)生在中國(guó)境內(nèi),故2次地震的烈度區(qū)劃均采用中國(guó)地震局公布的數(shù)據(jù)(從中國(guó)地震局網(wǎng)站http://www.cea.gov.cn提供的圖片矢量化得到).而對(duì)于尼泊爾地震的烈度區(qū)劃,則采用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)公布的數(shù)據(jù)[4].
汶川地震震中位于四川汶川映秀鎮(zhèn)(31°0.6′N,103°25.2′E),震源深度14 km.震后遙感資料包括兩部分:(1)ALOS衛(wèi)星影像(拍攝時(shí)間:2008年6月4日,分辨率:10 m),覆蓋范圍約9 750 km2
(30°58.78′N~32°2.30′N,103°33.97′E~104°36.17′E),包括北川、汶川、茂縣、都江堰等地的部分區(qū)域(圖1).共圈定出崩塌滑坡20 254個(gè),其中Ⅸ度烈度區(qū)3 775個(gè),占18.6%;Ⅹ度烈度區(qū)9 615個(gè),占47.5%;Ⅺ度烈度區(qū)6 864個(gè),占33.9%.(2)汶川地震震后映秀至臥龍段Quickbird衛(wèi)星影像(拍攝時(shí)間:2008年5月30日,分辨率:0.61 m),共解譯崩塌滑坡2 048個(gè),其中Ⅸ度烈度區(qū)526個(gè),占25.7%;Ⅹ度烈度區(qū)121個(gè),占5.9%;Ⅺ度烈度區(qū)1 401個(gè),占68.4%.
圖1 汶川地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布Fig.1 The distribution map of landslides induced by the Wenchuan earthquake
蘆山地震震中位于四川蘆山縣(30°18′N,103°E),震源深度13 km.震后遙感影像主要包括:(1)中國(guó)國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所提供的3批航片圖(拍攝時(shí)間:2013年4月20日和21日,其中第1批影像分辨率為0.6 m,第2、3批影像分辨率有0.4和2 m兩種);(2)四川測(cè)繪地理信息局在“4·20”蘆山地震地理信息發(fā)布平臺(tái)上公布的影像(拍攝時(shí)間:2013年4月25日,分辨率:0.5 m);(3)資源三號(hào)衛(wèi)星影像(拍攝時(shí)間:2013年5月13日,分辨率:2.1 m).對(duì)以上遙感影像資料進(jìn)行幾何糾正、融合、拼接、圖像增強(qiáng)處理后,獲得蘆山地震震區(qū)遙感數(shù)據(jù)5 655 km2(29°44.54′N~30°26.91′N,102°27.68′E~103°30.84′E),影像覆蓋了大部分Ⅶ、Ⅷ度烈度區(qū)和全部Ⅸ度烈度區(qū).參考影像覆蓋范圍和區(qū)域地形特點(diǎn)劃定研究區(qū)(圖2),最終判釋出地震觸發(fā)崩塌滑坡1 608個(gè).其中,Ⅸ度烈度區(qū)425個(gè),占26.4%;Ⅷ度烈度區(qū)477個(gè),占29.7%;Ⅶ度烈度區(qū)706個(gè),占43.9%.
尼泊爾地震震中位于尼泊爾Gorkha地區(qū)(28°8.82′N,84°42.48′E),震源深度15 km,ICIMOD(國(guó)際山地綜合開發(fā)中心)公布的地震觸發(fā)崩塌滑坡近1 000 m處[5].研究區(qū)劃分為高山區(qū)的尼泊爾Manang、Gorkha、Rasuwa、Sindhupalchok和Dolakha六個(gè)政區(qū)以及中國(guó)西藏南部小部分區(qū)域(圖3).研究區(qū)域共包含災(zāi)害點(diǎn)919個(gè),其中Ⅴ度烈度區(qū)103個(gè),占11.2%;Ⅵ度烈度區(qū)756個(gè),占82.3%;Ⅶ度烈度區(qū)48個(gè),占5.2%;Ⅷ度烈度區(qū)12個(gè),占1.3%.
以地震觸發(fā)的崩塌滑坡密度作為度量區(qū)域?yàn)?zāi)害嚴(yán)重性的指標(biāo).崩塌滑坡密度=崩塌滑坡數(shù)/分類面積.
圖2 蘆山地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布Fig.2 The distribution map of landslides induced by the Lushan earthquake
圖3 尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布Fig.3 The distribution map of landslides induced by the Nepal earthquake
汶川地震觸發(fā)的崩塌滑坡具有距離斷裂帶越遠(yuǎn),崩塌滑坡越少的“斷裂帶效應(yīng)”以及上盤的崩塌滑坡多于下盤的“上下盤效應(yīng)”[6].但能否用斷層距來判斷崩塌滑坡的嚴(yán)重程度需要驗(yàn)證,在統(tǒng)計(jì)汶川地震、蘆山地震和尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論.
以ALOS衛(wèi)星影像上無云層遮蓋、通視良好的區(qū)域作為汶川地震研究區(qū)(圖1).蘆山震后獲取的遙感影像分辨率高、云層覆蓋率低(小于10%),故選擇影像覆蓋的全部區(qū)域作為研究區(qū)(圖2).尼泊爾地震研究范圍見圖3.
利用ArcGIS的緩沖分析功能,設(shè)定緩沖距離5 km,統(tǒng)計(jì)出每個(gè)緩沖區(qū)間的面積以及區(qū)間內(nèi)崩塌滑坡數(shù),然后計(jì)算崩塌滑坡分布密度(圖4).
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明:(1)當(dāng)斷層距增大時(shí),汶川地震觸發(fā)的崩塌滑坡密度在上盤和下盤均減小,具有“斷裂帶效應(yīng)”;(2)斷層距相同時(shí),上盤崩塌滑坡密度大于下盤,“上下盤效應(yīng)”非常明顯.
圖4 崩塌滑坡分布與斷層距的關(guān)系Fig.4 Relationship between landslide distribution and distance from coseismic fault
尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布呈現(xiàn)明顯的“斷裂帶效應(yīng)”,在斷層距0~5 km的范圍內(nèi),下盤比上盤嚴(yán)重.但整體而言,上盤崩塌滑坡531個(gè),下盤403個(gè),具有“上下盤效應(yīng)”.
蘆山地震觸發(fā)上盤崩塌滑坡936個(gè),下盤672個(gè),存在“上下盤效應(yīng)”;下盤密度隨斷層距增大而減小,但上盤卻先減小后增大,無“斷裂帶效應(yīng)”.上盤密度增大的原因是,處于斷層距15~20 km范圍內(nèi)的寶興縣城周邊區(qū)域?yàn)?zāi)害分布異常密集.寶興縣城周邊區(qū)域位于蘆山地震Ⅶ度烈度區(qū),但在該地區(qū)獲得了1.026g(g為重力加速度)地震加速度,雖有學(xué)者認(rèn)為,出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于受臺(tái)站所處位置局部地形的影響[7],但從山地災(zāi)害嚴(yán)重程度看,該區(qū)域確實(shí)存在高烈度異?,F(xiàn)象.
汶川地震和尼泊爾地震中,未記錄到異常加速度,具有距斷裂帶越遠(yuǎn),地震動(dòng)強(qiáng)度越弱的特點(diǎn);而蘆山地震中存在加速度異常,說明斷層距越大,地震動(dòng)強(qiáng)度并非越弱,故上盤未出現(xiàn)“斷層距越大,崩塌滑坡越輕”的現(xiàn)象.因此,用斷層距判斷崩塌滑坡的嚴(yán)重程度不合理.但“地震動(dòng)越強(qiáng),崩塌滑坡越嚴(yán)重”的規(guī)律在3次地震中是相同的,具有一定普適性.
另外,3次地震均為逆沖型地震,均存在“上下盤效應(yīng)”;而對(duì)于正斷層及走滑斷層型地震,上盤震動(dòng)強(qiáng)度大于下盤,同樣存在“上下盤效應(yīng)”[8].
巖土體是坡體的主要物質(zhì)基礎(chǔ),坡體的穩(wěn)定性與其結(jié)構(gòu)特征關(guān)系密切.巖石坡體結(jié)構(gòu)包括巖石結(jié)構(gòu)面、工程地質(zhì)巖組和臨空面三方面[9].從宏觀上看,汶川地震、蘆山地震發(fā)震斷層所處的龍門山,尼泊爾地震發(fā)震斷層所處的喜馬拉雅山,都是新生代以后由于印度板塊與歐亞板塊碰撞,在青藏高原周邊形成的褶皺山系.地表巖層主要受水平方向的構(gòu)造作用力造成巖層彎曲,新構(gòu)造活動(dòng)形成的原生構(gòu)造地貌基本未被破壞,坡體多位于背斜構(gòu)造部位,節(jié)理等構(gòu)造面發(fā)育,地震作用下更易發(fā)生崩塌滑坡.地震作用下多臨空面更易發(fā)生崩塌滑坡已經(jīng)成為共識(shí)性觀點(diǎn).下面主要針對(duì)巖性分析地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布規(guī)律.
黃潤(rùn)秋等利用汶川地震重災(zāi)區(qū)1∶20萬地質(zhì)圖研究發(fā)現(xiàn),崩塌滑坡在花崗巖、碳酸鹽巖、砂礫巖等硬巖比在砂板巖、千枚巖、泥頁巖等軟巖中更發(fā)育(表1[10]).針對(duì)在汶川地震中發(fā)現(xiàn)的災(zāi)害多發(fā)生于硬巖的特點(diǎn),利用蘆山地震和尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證.
表1 汶川地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布與巖性關(guān)系Tab.1 Relationship between the distribution of landslides induced by the Wenchuan earthquake and lithology
根據(jù)1∶25萬地質(zhì)圖,將蘆山震區(qū)巖性劃分為巖漿巖、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、碳酸鹽巖(灰?guī)r、白云巖)、礫巖、石英砂巖、頁巖、泥巖、泥質(zhì)砂巖以及第四系地層等(圖5).
圖5 蘆山震區(qū)巖性圖Fig.5 The lithology map of Lushan seismic area
參考尼泊爾中央?yún)^(qū)1∶25萬地質(zhì)圖和青藏高原及其周邊區(qū)域1∶150萬地質(zhì)圖,將尼泊爾震區(qū)巖性劃分為片麻巖、花崗巖、片巖、碎屑巖、碳酸鹽巖、礫巖等(圖6).
表2和表3為利用ArcGIS空間分析功能統(tǒng)計(jì)出的不同巖組中的災(zāi)害數(shù)和密度.
表2 蘆山地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布與巖性關(guān)系Tab.2 Relationship between the distribution of landslides induced by the Lushan earthquake and lithology
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]根據(jù)軟硬程度將巖石劃分為5類:(1)堅(jiān)硬巖:花崗巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、輝長(zhǎng)巖、片麻巖;(2)較硬巖:灰?guī)r、白云巖、厚層塊狀礫巖和砂巖;(3)較軟巖:粉砂巖、泥灰?guī)r等;(4)軟巖:泥巖、頁巖、千枚巖等;(5)極軟巖:第四系及半成巖地層.
圖6 尼泊爾震區(qū)巖性圖Fig.6 The lithology map of Nepal seismic area
表3 尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布與巖性關(guān)系Tab.3 Relationship between the distribution of landslides induced by the Nepal earthquake and lithology
根據(jù)上述分類,統(tǒng)計(jì)出蘆山地震觸發(fā)的崩塌滑坡在堅(jiān)硬巖(巖漿巖、石英砂巖)、較硬巖(碳酸鹽巖、礫巖)中的密度分別為1.2和0.6個(gè)/km2,明顯大于在軟巖(泥頁巖、泥質(zhì)砂巖)和較軟巖(粉砂巖、泥灰?guī)r等)中的密度(0.41和0.26個(gè)/km2).類似地,尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡在較軟巖(片巖、板巖)中的密度為0.04個(gè)/km2,而在較硬巖(碎屑巖、灰?guī)r、片麻巖和花崗巖)中的密度為0.06個(gè)/km2,可見,硬巖區(qū)災(zāi)害比軟巖區(qū)嚴(yán)重.
現(xiàn)行抗震規(guī)范[12]規(guī)定,線路應(yīng)選擇在工程地質(zhì)條件良好、地形開闊平坦或緩坡地段.一般情況下,硬巖比軟巖的工程性質(zhì)好,因此,通常會(huì)認(rèn)為地震作用下軟巖區(qū)的災(zāi)害應(yīng)該比硬巖區(qū)嚴(yán)重.然而,通過3次地震觸發(fā)的崩塌滑坡巖性條件的分析,均發(fā)現(xiàn)硬巖區(qū)中的崩塌滑坡更嚴(yán)重.這種新的認(rèn)識(shí)可為規(guī)范修編提供參考.
4.1 與坡位的關(guān)系
崔鵬等通過統(tǒng)計(jì)汶川地震強(qiáng)震區(qū)崩塌滑坡位置與山脊線的距離,發(fā)現(xiàn)位于坡面距山脊歸一化距離小于0.4處的崩塌滑坡占全部崩塌滑坡的65%[13],即山脊附近或山坡坡肩處更容易發(fā)生崩塌滑坡.崩塌滑坡多發(fā)生于高坡位的這種現(xiàn)象在汶川地震中得到普遍認(rèn)可,但蘆山地震和尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡是否同樣具有高坡位更嚴(yán)重的現(xiàn)象有待驗(yàn)證.
坡位表示坡體的位置,可以更合理、準(zhǔn)確地研究災(zāi)害高位嚴(yán)重的現(xiàn)象.根據(jù)文獻(xiàn)[14]的坡位劃分方法,首先在ArcGIS中設(shè)置環(huán)形掩膜工具,用DEM計(jì)算環(huán)心處高程值與環(huán)形覆蓋區(qū)平均高程值之差,即地形位指數(shù)(topography position index,TPI),若TPI為正且較大時(shí),說明環(huán)心處于突出位置,即坡位較高;若TPI接近于0,則環(huán)心處于坡體中部或平地(可提取坡度大于5°的區(qū)域,將平地剔除);若TPI小于0,則說明環(huán)心處于凹陷位置,即坡位較低.最后,用自然斷點(diǎn)法將研究區(qū)域分成山谷位、下坡位、中坡位、上坡位和山脊位5類.
分烈度區(qū)統(tǒng)計(jì)汶川地震觸發(fā)的映臥路沿線區(qū)域以及蘆山地震和尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布與坡位之間的關(guān)系,結(jié)果見圖7.
圖7 崩塌滑坡分布與坡位的關(guān)系Fig.7 The distribution of landslides vs.slope position
汶川地震Ⅺ度烈度區(qū)的崩塌滑坡密度隨坡位升高增大,崩塌滑坡隨坡位升高更嚴(yán)重的現(xiàn)象十分明顯.Ⅹ度和Ⅸ度烈度區(qū)崩塌滑坡密度從山谷位至下坡位隨坡位升高而減小,但其后有增大趨勢(shì),山脊位崩塌滑坡密度達(dá)到最大,也具有高坡位崩塌滑坡更嚴(yán)重的現(xiàn)象.以上規(guī)律證實(shí)了汶川地震觸發(fā)的崩塌滑坡確實(shí)存在高坡位更嚴(yán)重的現(xiàn)象.
蘆山地震Ⅸ度烈度區(qū)山脊位的崩塌滑坡密度明顯高于其他坡位,這與汶川地震中高坡位崩塌滑坡更嚴(yán)重的現(xiàn)象一致.Ⅷ度與Ⅶ度烈度區(qū)各坡位崩塌滑坡密度相差不大,高坡位崩塌滑坡嚴(yán)重的現(xiàn)象不顯著.
尼泊爾地震Ⅶ度烈度區(qū)處于丘陵地帶,地勢(shì)較緩,山地災(zāi)害少,高坡位崩塌滑坡雖然存在但不嚴(yán)重的現(xiàn)象與蘆山地震Ⅶ度、Ⅷ度烈度區(qū)類似;Ⅵ度烈度區(qū)的崩塌滑坡密度隨坡位增大呈遞減趨勢(shì),已無高坡位崩塌滑坡更嚴(yán)重的現(xiàn)象;而在Ⅴ度烈度區(qū),未發(fā)現(xiàn)高坡位崩塌滑坡.
綜上所述,地震作用下,并非所有區(qū)域都存在高坡位更易發(fā)生崩塌滑坡的現(xiàn)象,僅當(dāng)?shù)卣鹆叶冗_(dá)到IX度及以上時(shí),崩塌滑坡多發(fā)生于高坡位的現(xiàn)象才顯著.
4.2 與坡形的關(guān)系
坡形對(duì)崩塌滑坡有一定控制作用,喬建平等統(tǒng)計(jì)三峽庫(kù)區(qū)崩塌滑坡與坡形之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn),凸形坡最容易發(fā)生崩塌滑坡,平面坡其次,而凹形坡最穩(wěn)定[15].地震動(dòng)對(duì)坡體的復(fù)雜作用不同于常規(guī)條件下只有重力作用,因此,地震作用下崩塌滑坡在不同坡形中的分布規(guī)律可能與只有重力作用時(shí)不同.
研究范圍為汶川地震和蘆山地震的Ⅸ度烈度區(qū).首先,利用DEM提取研究區(qū)的剖面曲率;然后,根據(jù)曲率將區(qū)域內(nèi)邊坡劃分成3類:凹形坡(曲率小于-0.1)、平面坡(曲率在-0.1~0.1之間)和凸形坡(曲率大于0.1),提取每種坡形中崩塌滑坡數(shù)量以及該種坡形的覆蓋面積;最后,計(jì)算3種坡形的崩塌滑坡密度(表4).
蘆山地震Ⅸ度烈度區(qū)以凹形坡中崩塌滑坡密度最大,其次為凸形坡,最后為平面坡.汶川地震Ⅸ度烈度區(qū)中,凹形坡和凸形坡的崩塌滑坡密度相差很小,且都明顯大于平面坡.統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,崩塌滑坡更容易發(fā)生在坡形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的凹形坡和凸形坡中,而在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的平面坡中災(zāi)害較輕.
為了更好地研究地震作用下坡形對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響,用振動(dòng)臺(tái)模擬不同坡形下加速度的放大效應(yīng).試驗(yàn)選用通麥場(chǎng)地50年超越概率2%的加速度時(shí)程,基巖加速度峰值為0.471g,近似模擬Ⅸ度烈度區(qū)地震動(dòng)強(qiáng)度.沿坡面由低到高鋪設(shè)了A1、A2、A3、A4和A5五個(gè)加速度傳感器,記錄地震作用下的加速度響應(yīng).振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)結(jié)果(圖8)表明,當(dāng)坡位較低時(shí),平面坡、凹形坡和凸形坡的加速度相差不大,但當(dāng)坡位較高時(shí),凸形坡和凹形坡的加速度明顯高于平面坡.因此,就加速度動(dòng)力響應(yīng)而言,平面坡最為有利,這與實(shí)震資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果吻合.分析認(rèn)為,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是,復(fù)雜幾何面構(gòu)成的臨空面對(duì)入射地震波的衍射或散射,造成上覆土體的地震波場(chǎng)相當(dāng)復(fù)雜,比單純自由場(chǎng)放大復(fù)雜得多.
表4 崩塌滑坡密度與坡形的關(guān)系Tab.4 Landslide density vs.slope shape個(gè)/km2
圖8 3種坡形的加速度Fig.8 Acceleration values of three slope shapes
與普通重力作用下坡形對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不同,實(shí)震資料和振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)均表明,地震作用下復(fù)雜坡形(凸形坡和凹形坡)比平面坡更易失穩(wěn).這一規(guī)律可作為評(píng)估地震作用下邊坡危險(xiǎn)性的判據(jù)之一.
通過對(duì)比分析汶川地震、蘆山地震和尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡的空間分布規(guī)律與斷層距、巖性、坡位和坡形的關(guān)系,獲得以下結(jié)論:
(1)對(duì)于均為逆沖型的3次地震,存在上盤崩塌滑坡比下盤嚴(yán)重的“上下盤效應(yīng)”.
(2)汶川地震和尼泊爾地震觸發(fā)的崩塌滑坡分布規(guī)律呈現(xiàn)明顯的“斷裂帶效應(yīng)”,但由于蘆山地震中位于上盤的寶興縣城周邊存在烈度異常區(qū),故上盤崩塌滑坡密度未呈現(xiàn)隨斷層距增大而減小的特點(diǎn).因此,以斷層距作為判斷區(qū)域崩塌滑坡嚴(yán)重性的指標(biāo),僅適用于不存在烈度異常的情況.合理的判斷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是地震動(dòng)強(qiáng)度.
(3)3次地震觸發(fā)的崩塌滑坡災(zāi)害均顯示出硬巖區(qū)比軟巖區(qū)中嚴(yán)重的規(guī)律,這與《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)工程地質(zhì)條件好的地區(qū)災(zāi)害不易發(fā)生的認(rèn)識(shí)不同,可為規(guī)范修編提供一定參考.
(4)汶川地震高烈度區(qū)(Ⅸ度及以上烈度區(qū))中高坡位崩塌滑坡更嚴(yán)重的規(guī)律在蘆山地震Ⅸ度烈度區(qū)得到證實(shí).但對(duì)于蘆山地震和尼泊爾地震中小于Ⅸ度烈度的地區(qū),高坡位崩塌滑坡更嚴(yán)重的現(xiàn)象已不明顯,甚至不存在.因此,高坡位崩塌滑坡占優(yōu)現(xiàn)象主要存在于Ⅸ度烈度及以上烈度區(qū)的結(jié)論更為準(zhǔn)確.
(5)與普通重力作用下坡形對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不同,復(fù)雜坡形(凸、凹形坡)處的崩塌滑坡比簡(jiǎn)單平面坡嚴(yán)重.
以上結(jié)論可為地震觸發(fā)崩塌滑坡災(zāi)勢(shì)預(yù)測(cè)、防治工程規(guī)劃設(shè)計(jì)等提供科學(xué)依據(jù).
致謝:中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所提供了3批蘆山地震震后航拍影像,國(guó)際山地綜合開發(fā)中心(ICIMOD)提供了大量尼泊爾震后的災(zāi)害信息與數(shù)據(jù),在此一并表示感謝.
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(中、英文編輯:付國(guó)彬)
Distribution Regularities of Landslides Induced by
Wenchuan Earthquake,Lushan Earthquake and Nepal Earthquake
GUO Chenwen1, YAO Lingkan1,2,3, DUAN Shusu1, HUANG Yidan1,2,3
(1.School of Civil Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China;2.Road and Railway Engineering Research Institute,Sichuan Key Laboratory of Seismic Engineering and Technology,Chengdu 610031,China;3.MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering,Chengdu 610031,China)
In order to study the distribution laws of landslides induced by earthquakes,the distribution regularities of landslides were investigated statistically based on the data of 22 302 landslides induced by the Wenchuan earthquake,1 608 landslides induced by the Lushan earthquake,and 919 landslides induced by the Nepal earthquake using GIS techniques,and the relationships of the landslides with distance from coseismic fault,lithology,slope position and slope shape were discussed.The research results show that the landslides induced by the three earthquakes were more serious in hard rock zones than in soft rock zones and in complex slope shape zones than in simple slope shape zones.Moreover,the distributions of these landslides shown a“hanging wall and footwall effect”.The distributions of the landslides shown a“fault effect”in ordinary circumstances,otherwise,the“fault effect”did not exist in intensity anomaly.The landslides had a characteristic,i.e.,they were more serious in high slope position only when seismic intensity was not less than intensity Ⅸ.
Wenchuan earthquake;Lushan earthquake;Nepal earthquake;landslide;distribution law
P642.2
A
0258-2724(2016)01-0071-07
10.3969/j.issn.0258-2724.2016.01.011
2015-07-14
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41172321);中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題(2014G004-A-6,2015G002-N-2)
郭沉穩(wěn)(1989—),男,博士研究生,研究方向?yàn)殍F路公路工程災(zāi)害防治及安全技術(shù),E-mail:hbgcw1989@163.com
姚令侃(1953—),男,教授,博士,研究方向?yàn)殍F路公路工程災(zāi)害防治及安全技術(shù),E-mail:yaolk@swjtu.edu.cn
郭沉穩(wěn),姚令侃,段書蘇,等.汶川、蘆山、尼泊爾地震觸發(fā)崩塌滑坡分布規(guī)律[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),2016,51(1):71-77.