崔玉龍,劉愛娟

(1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院,安徽 淮南 232001；2.中國長江三峽集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430010)

0 引言

地震是所有觸發(fā)滑坡因素中最危險(xiǎn)的一種,能量巨大的地震甚至在地貌的改變上起著主導(dǎo)作用。由于技術(shù)水平的限制,地震發(fā)生后,早期的地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)工作相對(duì)緩慢且不夠充分。近年來,人們加強(qiáng)了對(duì)地震觸發(fā)滑坡的統(tǒng)計(jì)和編目工作,地震滑坡研究取得了較大進(jìn)展。

對(duì)于大區(qū)域邊坡地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)而言,王濤等[1]對(duì)評(píng)價(jià)的類型進(jìn)行了闡述,并著重指出具有預(yù)測性質(zhì)的潛在地震誘發(fā)滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估的缺失是目前地震滑坡危險(xiǎn)性研究中的主要問題之一。從實(shí)際應(yīng)用角度講,防患于未然的思想主要體現(xiàn)在預(yù)測性邊坡地震危險(xiǎn)性分析之上,對(duì)該問題的深入研究對(duì)工程建設(shè)和災(zāi)害防治具有較大意義。本文主要梳理并闡述具有預(yù)測性質(zhì)的邊坡地震危險(xiǎn)性分析所需數(shù)據(jù)資料及各類數(shù)據(jù)的研究進(jìn)展。

目前,在區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)地震邊坡進(jìn)行危險(xiǎn)性分析與評(píng)價(jià)主要以邊坡的Newmark永久位移作為評(píng)價(jià)參數(shù)。國內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)求算邊坡地震時(shí)產(chǎn)生的永久位移或失穩(wěn)概率進(jìn)行區(qū)域范圍內(nèi)邊坡危險(xiǎn)性分析與評(píng)價(jià)[2-9]。利用永久位移法進(jìn)行邊坡地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)所需數(shù)據(jù)可以歸納為三個(gè)方面:(1)邊坡在地震影響下破壞程度的判定依據(jù);(2)區(qū)域地震動(dòng)參數(shù)如峰值加速度、阿里亞斯強(qiáng)度;(3)邊坡坡體基本參數(shù)如黏聚力、摩擦角、重度、滑塊厚度、坡角等。這三個(gè)方面既相互獨(dú)立,又相互聯(lián)系,它們各自的準(zhǔn)確度均影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的精確程度。

1 地震邊坡破壞判定依據(jù)

邊坡在地震影響下破壞程度的判定依據(jù)以邊坡穩(wěn)定性分析為理論基礎(chǔ)。目前地震邊坡穩(wěn)定性分析方法主要有擬靜力法、數(shù)值分析法和永久位移法。擬靜力法和數(shù)值分析法需要提供詳細(xì)的坡體材料和形態(tài)參數(shù)以及地震動(dòng)數(shù)據(jù),難以應(yīng)用在大區(qū)域分析中。永久位移法又稱Newmark位移法,由Newmark于1965年提出[10]。Newmark位移原本作為一種判斷指標(biāo)應(yīng)用在堤壩穩(wěn)定性分析中,后來越來越廣泛地應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析。在實(shí)際的地震滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中,為了計(jì)算出Newmark位移,需要有當(dāng)?shù)氐募铀俣葧r(shí)程曲線。然而,特定地點(diǎn)的強(qiáng)震記錄并不容易獲取,所以Ambraseys和Jibson等在Newmark提出的臨界加速度比的基礎(chǔ)上發(fā)展了經(jīng)驗(yàn)性的回歸關(guān)系,稱為永久位移預(yù)測模型,以此作為無強(qiáng)震記錄地區(qū)地震邊坡危險(xiǎn)性評(píng)估的依據(jù)[6,9,11-13]。永久位移預(yù)測模型主要建立永久位移DN與地震動(dòng)峰值加速度PGA、邊坡臨界加速度ac以及阿里亞斯強(qiáng)度IA之間的關(guān)系,是一種建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的關(guān)系模型。Ambraseys、Jibson等創(chuàng)立了具有代表性的永久位移預(yù)測模型表達(dá)形式后,多個(gè)國家的研究者也根據(jù)所研究地區(qū)的實(shí)測地震資料做出了符合本地區(qū)區(qū)域特征的模型表達(dá)式[14-16]。

利用永久位移預(yù)測模型作為計(jì)算依據(jù),一部分文獻(xiàn)根據(jù)數(shù)值大小對(duì)永久位移進(jìn)行分級(jí)[3],從而判定研究區(qū)各位置間地震危險(xiǎn)性的相對(duì)大小;另一部分文獻(xiàn)通過擬合永久位移與實(shí)際地震滑坡的關(guān)系得到以Weibull曲線為表達(dá)形式的失穩(wěn)概率模型[2,11-12,17-18],進(jìn)而計(jì)算研究區(qū)的失穩(wěn)概率并進(jìn)行危險(xiǎn)性分級(jí)評(píng)價(jià)[8,12,19-20]。

這種由某次地震誘發(fā)滑坡與當(dāng)?shù)氐匦闻c地質(zhì)條件下的永久位移擬合而得的概率公式具有一定程度的地域性。由于地質(zhì)狀況和地形的差異,同樣的地震能量作用下,不同區(qū)域的邊坡失穩(wěn)概率未必相同。因此,從理論上來講,某地的失穩(wěn)概率公式并不適合直接應(yīng)用于其他地區(qū)的地震邊坡失穩(wěn)概率計(jì)算與分析。獲取通用型的失穩(wěn)概率公式還需要更廣泛和深入的研究。

鮑葉靜等[21]采用震中距與震級(jí)的關(guān)系、劉甲美等[22]采用5 cm臨界失穩(wěn)位移法思路,結(jié)合概率地震危險(xiǎn)性分析法,判斷了各自研究區(qū)邊坡的地震失穩(wěn)概率。雖然都以邊坡失穩(wěn)概率命名,但上述文獻(xiàn)中失穩(wěn)概率計(jì)算方法的基本理論不同,失穩(wěn)概率的判定標(biāo)準(zhǔn)、方法也不相同。

2 區(qū)域地震動(dòng)參數(shù)

從永久位移預(yù)測模型表達(dá)式可以看出,峰值加速度和阿里亞斯強(qiáng)度是邊坡地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)過程中采用最多的兩種地震動(dòng)參數(shù)。為了建立合理適用、符合實(shí)際的峰值加速度和阿里亞斯強(qiáng)度分布圖,需分析地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法、地震動(dòng)衰減關(guān)系、因場地效應(yīng)或地形效應(yīng)對(duì)地震動(dòng)參數(shù)的調(diào)整這三類影響峰值加速度和阿里亞斯強(qiáng)度大小的關(guān)鍵因素。目前對(duì)震后峰值加速度的分布有一定數(shù)量的研究,而對(duì)震后阿里亞斯強(qiáng)度分布的研究成果較少,因此本文主要列舉地震動(dòng)峰值加速度預(yù)測過程的相關(guān)研究成果,對(duì)阿里亞斯強(qiáng)度僅做簡要敘述。

2.1 地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

在地震未知區(qū)域建立可能產(chǎn)生的地震動(dòng)峰值加速度是一件非常困難的事。目前的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法主要有確定性地震危險(xiǎn)性分析方法(簡稱確定性方法)、概率地震危險(xiǎn)性分析方法(簡稱概率法)以及有限斷層震源模型方法。

SANTI PAILOPLEE等[23]以峰值加速度為評(píng)價(jià)參數(shù)分別用概率方法和確定性方法評(píng)價(jià)了泰國及鄰近地區(qū)的地震危險(xiǎn)性,結(jié)果顯示這兩種方法得到的峰值加速度結(jié)果具有一定相似性,確定性方法得到的地震危險(xiǎn)性程度更高,兩種方法可分別用于指導(dǎo)不同的工程用途。RODRGUEZ-PECES等[24]分別利用概率法和確定性方法做出Newmark位移分布圖并與已有滑坡分布圖進(jìn)行比較,結(jié)果顯示依據(jù)475年和975年地震重現(xiàn)期得出的滑坡重合性非常差,依據(jù)2 475年地震重現(xiàn)期難以得出相應(yīng)的重合性,而依據(jù)確定性方法得出的永久位移結(jié)果和已有滑坡具有良好的一致性。確定性方法實(shí)現(xiàn)了特定地震場景的模擬實(shí)現(xiàn),由于其不考慮地震復(fù)發(fā)周期,揭示了沿活動(dòng)斷層帶的最高危險(xiǎn)水準(zhǔn)。

目前,震源參數(shù)的設(shè)計(jì)思想包含設(shè)定地震的概念,主要包括設(shè)定震源位置與震級(jí)。目前,在確定性方法和概率法中,設(shè)定地震的思想均有體現(xiàn)。《地震災(zāi)害預(yù)測及其信息管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[27]將設(shè)定地震定義為“預(yù)期對(duì)某一區(qū)域可能產(chǎn)生震害的具體地震,包括震中、震級(jí)”。這種設(shè)定確切震源位置和震級(jí)等參數(shù)的做法也是目前地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的發(fā)展方向。設(shè)定震源位置時(shí),高孟潭等[28]、李山有等[29]、胥廣銀等[30]、劉博研等[31]均強(qiáng)調(diào)設(shè)定地震與地震構(gòu)造的一致性,認(rèn)為未來地震沿?cái)鄬影l(fā)生時(shí)應(yīng)均勻分布,可直接在貢獻(xiàn)潛源或發(fā)震斷裂上設(shè)置震源。

無論是確定性方法還是概率法,其目的均是預(yù)測性地給出某工程場點(diǎn)或者研究區(qū)域的地震動(dòng)參數(shù)和規(guī)律。在地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)過程中,應(yīng)該選用哪種方法,應(yīng)根據(jù)研究目的和需求、區(qū)域范圍大小、詳細(xì)地質(zhì)構(gòu)造狀況等綜合確定。

對(duì)于區(qū)域內(nèi)具有活斷層的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià),還有一種基于有限斷層用地震學(xué)知識(shí)建立震源模型的方法[25-26]。由于是基于活動(dòng)斷層以及相關(guān)數(shù)學(xué)理論建立的震源模型,需要提供更多的活斷層信息如斷裂的長度、寬度、埋藏深度、平均錯(cuò)動(dòng)量等。這種方法雖然對(duì)震源的討論非常細(xì)致,但由于對(duì)活斷層的探查需要大量投入,所以在缺乏強(qiáng)震觀測數(shù)據(jù)的地方應(yīng)用還不太多。

2.2 地震動(dòng)衰減關(guān)系

(1) 地震動(dòng)衰減關(guān)系簡介

地震動(dòng)衰減關(guān)系也稱為地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測方程,指的是某種地震動(dòng)參數(shù)如峰值加速度通過震級(jí)、距離、場地等參數(shù)表征的關(guān)系公式。一般利用具有一定物理意義的關(guān)系式與實(shí)際地震觀測資料做回歸分析確定。地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測方程種類很多,自1964年至今每年都有新模型或改進(jìn)模型出現(xiàn),每種模型的適用條件也不相同。在區(qū)域邊坡地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中,大多使用地震動(dòng)衰減關(guān)系計(jì)算獲得地震動(dòng)參數(shù)。

由于各地地質(zhì)條件、場地條件的巨大差異,地震動(dòng)衰減關(guān)系具有很強(qiáng)的地域性。世界上多個(gè)國家也都依據(jù)相應(yīng)的地震動(dòng)數(shù)據(jù)記錄建立了各自區(qū)域的衰減關(guān)系方程。美國西部地區(qū)的下一代衰減關(guān)系(NGA West)研究代表了地震動(dòng)衰減關(guān)系的研究前沿。該項(xiàng)目組利用173次地震事件的3 551條強(qiáng)震記錄,擬合出5個(gè)綜合性地震衰減關(guān)系模型[32-36]。但是,這些利用NGA地震數(shù)據(jù)庫所擬合的衰減關(guān)系并不能直接應(yīng)用于我國的地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算,其主要原因在于:(1)NGA衰減關(guān)系使用的震級(jí)和震源機(jī)制等地震參數(shù)、斷層距和剪切波速等場地參數(shù)與我國常用的模型不同且表達(dá)式組成復(fù)雜,計(jì)算不便;(2)一般認(rèn)為不同地區(qū)的地震動(dòng)衰減特點(diǎn)存在差異,如果采用世界上其他地區(qū)的衰減關(guān)系難以與我國地震區(qū)地震環(huán)境相符合。

我國地震研究者根據(jù)相對(duì)齊全的汶川地震和蘆山地震實(shí)測資料,也建立了各自的衰減模型[37-41]。在無其他可用實(shí)震資料的情況下,附近地區(qū)可以采用這些參數(shù)及關(guān)系模型做出峰值加速度分布圖。

雖然利用地震動(dòng)峰值加速度和邊坡臨界加速度可以做出研究區(qū)域的永久位移分布圖,但按照隨機(jī)過程觀點(diǎn),加速度峰值在地震時(shí)程中的出現(xiàn)并不固定,不宜僅以此參數(shù)作為地震動(dòng)特性的標(biāo)志。阿里亞斯強(qiáng)度則能夠包含全部時(shí)程中的地震動(dòng)信息,很多文獻(xiàn)指出阿里亞斯強(qiáng)度能更全面準(zhǔn)確表達(dá)地震波的能量大小。阿里亞斯強(qiáng)度包含了震動(dòng)幅度、頻率和持時(shí)的全部信息,描述了觀測場點(diǎn)震動(dòng)總釋放能量,比其他地震動(dòng)參數(shù)更能全面反映地震整體情況。利用阿里亞斯強(qiáng)度作為地震觸發(fā)滑坡的研究參數(shù),即是利用地震動(dòng)總強(qiáng)度描述其與滑坡的關(guān)系,與實(shí)際破壞情況更加吻合。

與峰值加速度衰減理論相比,目前阿里亞斯強(qiáng)度衰減關(guān)系研究主要體現(xiàn)在某次地震的衰減規(guī)律成果,還不具有通用性。阿里亞斯強(qiáng)度衰減關(guān)系表達(dá)形式已從最簡單的阿里亞斯強(qiáng)度與震級(jí)和距離的關(guān)系[9,42-48]到關(guān)系中包含場地項(xiàng)以及斷層項(xiàng)和vS30項(xiàng)[49-52]。可以看出阿里亞斯強(qiáng)度衰減關(guān)系也在不斷發(fā)展與改進(jìn),一定程度上能夠體現(xiàn)場地、地形和斷層類型對(duì)震后阿里亞斯強(qiáng)度分布規(guī)律的影響。

(2) 衰減公式與權(quán)重選取原則

目前已公開發(fā)表的地震動(dòng)衰減關(guān)系已有很多,選擇合適的衰減關(guān)系是獲得研究區(qū)域相對(duì)準(zhǔn)確峰值加速度的關(guān)鍵步驟。FABRICE COTTON等[53]給出了7條選擇標(biāo)準(zhǔn):①模型應(yīng)與研究區(qū)具有相似的地質(zhì)構(gòu)造;②模型應(yīng)公開發(fā)表;③模型數(shù)據(jù)來源應(yīng)充足;④模型建立時(shí)間應(yīng)較新;⑤模型應(yīng)適合于工程應(yīng)用;⑥模型表達(dá)式應(yīng)科學(xué)合理;⑦回歸方法和系數(shù)應(yīng)正確合理。

其中第①條與第⑥條對(duì)峰值加速度計(jì)算起著關(guān)鍵作用。由于中國地域廣大,各區(qū)域地層分布與地質(zhì)構(gòu)造差別很大,應(yīng)盡量選取與研究區(qū)位置相符合區(qū)域或相近區(qū)域的關(guān)系表達(dá)式。衰減關(guān)系表達(dá)式一般包含震級(jí)和距離兩個(gè)參數(shù),在中等地震和大地震中,近源區(qū)存在震級(jí)飽和的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象一般用aebM項(xiàng)進(jìn)行表述。該表述更加符合近震源處地震動(dòng)并不隨震級(jí)增大而顯著增加的特點(diǎn),這也是衰減關(guān)系表達(dá)式的一種發(fā)展與進(jìn)步。根據(jù)文雯等[54]的分析,評(píng)價(jià)潛源近距離處的影響應(yīng)選用含震級(jí)飽和項(xiàng)的表達(dá)式,而評(píng)價(jià)潛源遠(yuǎn)距離處的影響則應(yīng)選用不含震級(jí)飽和項(xiàng)的表達(dá)式。

根據(jù)不同地震動(dòng)預(yù)測方程計(jì)算得到的基巖峰值加速度之間存在著不可避免的差異。為了減少這種差異,可采用邏輯樹賦予權(quán)重的方法綜合若干種地震動(dòng)衰減關(guān)系做出研究區(qū)域的地震基巖峰值加速度分布圖,如文獻(xiàn)[55-58]。為所選擇的地震動(dòng)衰減關(guān)系確定權(quán)重時(shí),以上文獻(xiàn)主要考慮了與研究區(qū)域地理位置的符合情況、衰減關(guān)系數(shù)據(jù)記錄來源的數(shù)量和可靠性、衰減關(guān)系的適用震級(jí)范圍、地質(zhì)構(gòu)造的相似性、衰減關(guān)系的表達(dá)形式、衰減關(guān)系的確立時(shí)間等。

權(quán)重的選擇具有主觀性,SABETTA等[59]對(duì)衰減關(guān)系選取和邏輯樹權(quán)重選擇的研究發(fā)現(xiàn)選取合適衰減關(guān)系的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于權(quán)重方案選擇。所以建議盡量選取適合于研究區(qū)域的衰減關(guān)系而把權(quán)重判斷與分配作為輔助手段。

2.3 地震動(dòng)參數(shù)調(diào)整

(1) 峰值加速度的調(diào)整

從原理上講,基于地震動(dòng)衰減關(guān)系建立的峰值加速度是地震波傳至基巖時(shí)所呈現(xiàn)出的大小,然而地表不同的場地條件和地形條件對(duì)地震動(dòng)參數(shù)起著放大或縮小的作用。實(shí)際應(yīng)用中,可以采取在基巖峰值加速度上乘以系數(shù)的方法進(jìn)行調(diào)整。

① 場地效應(yīng)系數(shù)

呂悅軍等[60]研究發(fā)現(xiàn),峰值加速度的場地效應(yīng)與多種因素有關(guān),如場地平均剪切波速、基巖輸入地震動(dòng)強(qiáng)度和巖土層的厚度等。

場地效應(yīng)調(diào)整方法,一種為NGA預(yù)測模型工作組個(gè)別學(xué)者在建立地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測方程時(shí)綜合了場地效應(yīng),將其以地表30 m平均剪切波速vS30作為自變量列入衰減公式;另一種為利用實(shí)測加速度值擬合得到函數(shù)表達(dá)式,并用于計(jì)算連續(xù)分布的場地效應(yīng)系數(shù),主要文獻(xiàn)有[61-64]。

② 地形效應(yīng)系數(shù)

基巖峰值加速度傳至地表,同樣會(huì)受到地形效應(yīng)的影響。地形效應(yīng)的研究方法主要有實(shí)際地表監(jiān)測、物理模擬和數(shù)值模擬三種。實(shí)際地表監(jiān)測數(shù)據(jù)較少,物理模擬主要利用振動(dòng)臺(tái)模擬單體邊坡,均難以得出通用的函數(shù)表達(dá)式。BOUCHOVALAS等[65]利用數(shù)值模擬方法得出了地形放大系數(shù)的表達(dá)式,可用于計(jì)算區(qū)域連續(xù)分布的地形效應(yīng)系數(shù)。

③ 連續(xù)性vS30的計(jì)算

場地效應(yīng)系數(shù)和地形效應(yīng)系數(shù)的函數(shù)表達(dá)式都直接或者間接含有vS30。對(duì)于區(qū)域連續(xù)性vS30的獲取,由于無法大范圍采用實(shí)測手段,可以用數(shù)字高程模型DEM獲得坡角等信息,然后利用地形梯度G與vS30的關(guān)系互相推求[20]。對(duì)于地形與vS30間的關(guān)系,一些學(xué)者已經(jīng)做了研究,如MATSUOKA等[66]等研究發(fā)現(xiàn)vS30與地形梯度、地貌及高程具有較好的相關(guān)性;為了得到缺少實(shí)測數(shù)據(jù)區(qū)域的vS30值,WALD等[67]和ALLEN等[68]通過統(tǒng)計(jì)地形梯度與vS30之間的相關(guān)性,提出利用場地地形梯度G計(jì)算vS30的方法。

(2) 阿里亞斯強(qiáng)度的調(diào)整

目前對(duì)于阿里亞斯強(qiáng)度的調(diào)整主要出現(xiàn)在衰減關(guān)系中,以vS30項(xiàng)作為反應(yīng)場地效應(yīng)對(duì)峰值加速度的影響從而造成阿里亞斯強(qiáng)度的改變。

3 邊坡基本參數(shù)

計(jì)算Newmark永久位移需要用到的邊坡參數(shù)主要有邊坡坡角、重度、黏聚力和摩擦角、Newmark滑塊的假設(shè)厚度。在區(qū)域范圍內(nèi),一般應(yīng)取得區(qū)域地質(zhì)圖并根據(jù)地層分布確定邊坡參數(shù),但取值依據(jù)較少、人為主觀性過大都嚴(yán)重影響著參數(shù)的準(zhǔn)確性。為了便于計(jì)算,有些文獻(xiàn)[3-4]采用了將研究區(qū)出現(xiàn)的巖土類別依據(jù)巖性進(jìn)行了合并分組然后賦參數(shù)值的方法,這種方法抹殺了一部分巖土體的空間分布差異性,存在著較大主觀性與不準(zhǔn)確性,其取值與實(shí)際參數(shù)之間的誤差會(huì)導(dǎo)致高估或低估邊坡的抗震能力。因此,對(duì)于區(qū)域巖土體參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析需要更多的實(shí)地考察與統(tǒng)計(jì)工作。

區(qū)域范圍內(nèi)邊坡坡角主要利用數(shù)字高程模型(DEM)通過地理信息軟件計(jì)算得出,屬于相對(duì)較容易獲得并具有一定準(zhǔn)確度的參數(shù)。

巖體重度本應(yīng)由試驗(yàn)得出,然而在區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的試驗(yàn)非常困難。獲取區(qū)域范圍內(nèi)不同巖性重度的方法通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和常用數(shù)值綜合確定。

巖體抗剪強(qiáng)度參數(shù)黏聚力和摩擦角也應(yīng)通過實(shí)測試驗(yàn)得出,但與重度類似,區(qū)域范圍內(nèi)難以開展大量實(shí)測研究。所以黏聚力和摩擦角也是根據(jù)每種巖性的常用數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。若研究區(qū)巖性類別較少,可直接對(duì)各巖性賦值,如Jibson[9]、葛華等[17]、陳啟國等[2]直接對(duì)不同巖性進(jìn)行了賦值;若巖性類別較多,可以先分組再取值,如王濤等[3]、LIU Jiamei等[4]采用了對(duì)巖組先分類后賦值的方法。

滑塊厚度代表潛在滑動(dòng)面的深度,在邊坡滑動(dòng)之前很難預(yù)知其大小,而且永久位移計(jì)算結(jié)果對(duì)滑塊厚度非常敏感。由于深層滑坡機(jī)理更為復(fù)雜,主要受深部結(jié)構(gòu)面控制,所以在利用永久位移法判斷地震邊坡危險(xiǎn)性時(shí),通常認(rèn)為該理論適用于淺表層滑坡。對(duì)于淺表層滑坡的滑動(dòng)深度選取和研究實(shí)例主要有以下文獻(xiàn):WIECZOREK等[69]將滑塊厚度取3 m;KHAZAI等[70]發(fā)現(xiàn)滑塊厚度改變30.48 cm會(huì)導(dǎo)致臨界加速度改變一個(gè)量級(jí),因此他建議根據(jù)坡度的大小進(jìn)行選取;陳啟國等[2]取滑塊厚度為3 m;RODRGUEZ-PECES等[18]取滑塊厚度為3 m;王濤等[3]取滑塊厚度為5 m;Kuo-Lung WANG等[71]專門對(duì)潛在滑塊厚度進(jìn)行了研究并給出了簡單計(jì)算方法。對(duì)于地震對(duì)淺層滑坡的擾動(dòng)深度,胡志旭等[72]通過儀器勘察推論出汶川地震的強(qiáng)擾動(dòng)深度為0～5 m,姚令侃等[73]對(duì)汶川地震Ⅸ度烈度區(qū)的調(diào)查顯示平均崩塌深度為1.2 m,這些數(shù)值均可為滑塊厚度的選取提供依據(jù)。所以,建議采用研究區(qū)及其附近的巖體強(qiáng)風(fēng)化和強(qiáng)卸荷深度并參考相關(guān)文獻(xiàn)的取值范例確定各地層分類的滑塊厚度。

抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值這種主觀經(jīng)驗(yàn)式的賦值方法會(huì)使計(jì)算出的邊坡靜力安全系數(shù)出現(xiàn)小于1的情況,與實(shí)際中邊坡在自然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)不相符合。Jibson等[12]采用對(duì)安全系數(shù)小于1的柵格調(diào)整黏聚力的方法以避免此類問題。

4 討論與建議

區(qū)域范圍預(yù)測性質(zhì)的邊坡地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)是一項(xiàng)融合地震地質(zhì)、地震工程、巖土工程等多方面知識(shí)的綜合課題,其結(jié)果合理與否取決于這幾方面專業(yè)知識(shí)的研究深度。

(1) 地震邊坡破壞判定依據(jù)中主要使用的Newmark永久位移法在計(jì)算邊坡永久位移時(shí)假設(shè)抗剪強(qiáng)度以及安全系數(shù)在地震時(shí)程中是保持不變的,由此而假定臨界加速度也保持不變。但實(shí)際上,在地震作用過程中,隨著時(shí)程的延長,邊坡潛在滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度是逐漸減小的。在1965年原文文獻(xiàn)中,Newmark意識(shí)到了這種保持常量的抗剪強(qiáng)度以及臨界加速度是不合理的,他建議在使用該方法計(jì)算永久位移時(shí)考慮抗剪強(qiáng)度以及臨界加速度的變化。不過,這個(gè)建議并未被后續(xù)的使用者重視并加以研究。

后續(xù)研究應(yīng)注重滑動(dòng)面參數(shù)減小的研究,并將其應(yīng)用于預(yù)測模型。

(2) 阿里亞斯強(qiáng)度從能量的角度表征地震動(dòng)強(qiáng)度,比烈度、峰值加速度等目前常用參數(shù)與地震誘發(fā)滑坡的相關(guān)性更高,因此以阿里亞斯強(qiáng)度為參數(shù)開展地震滑坡研究更為合理。加強(qiáng)阿里亞斯強(qiáng)度衰減關(guān)系及場地效應(yīng)的深入研究,將使地震邊坡危險(xiǎn)性區(qū)劃結(jié)果更加科學(xué)與實(shí)用。

(3) 目前地震動(dòng)場地效應(yīng)和地形效應(yīng)采用兩種不同的研究思路并且暫無成熟通用的研究成果,所以,如何把兩者結(jié)合起來,得到既考慮場地影響又考慮地形影響的,更為準(zhǔn)確的地震動(dòng)參數(shù)還需要更多的研究。

(4) 巖土體參數(shù)表征了邊坡坡體抵抗破壞的能力,在大區(qū)域中難以獲得精確的數(shù)據(jù)資料,只能依靠經(jīng)驗(yàn)給出,在很大程度上影響了永久位移計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于巖土體參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和估算,尋求更加合理與更能體現(xiàn)邊坡實(shí)際性質(zhì)的參數(shù)取值方法對(duì)地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果有重要意義,國家地質(zhì)調(diào)查部門可以在全國范圍內(nèi)逐步建立可供參考使用的巖土力學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù)庫。

(5) 一般認(rèn)為,Newmark永久位移法的適用范圍為地震誘發(fā)淺層崩滑災(zāi)害與碎屑流,該方法還不能完全模擬出深大滑坡的失穩(wěn)模式。由于巖土體動(dòng)力學(xué)特性和形成機(jī)制之間的差異,淺層崩滑與深大滑坡的位移分析和危險(xiǎn)性評(píng)估方法也應(yīng)不同,深大地震滑坡的發(fā)生機(jī)理與預(yù)測方法還需要建立更為有效的判斷方案。