地震崩塌影响因子敏感性分析及其稳定性评价
时间：2021-01-28 22:00:26 来源：达达文档网 本文已影响 人 
周智宇
摘要：崩塌是地震破坏的主要形式之一。地震是触发土体崩塌的重要诱发因素，地震的强弱直接影响崩塌的发生及其规模。此次报告除了简单分析形成崩塌的基本条件，也重点分析地震作用下影响岩土体崩塌的几个重要敏感因素。结合地震作用对土体崩塌的影响和利用“块体平衡理论”提出了相应的地震稳定性分析评价。
Abstract：
Collapse is one of the main forms of earthquake damage. Earthquake is an important inducing factor that triggers soil collapse， and the strength of an earthquake directly affects the occurrence and scale of the collapse. In addition to a simple analysis of the basic conditions of collapse， this report also focuses on several important and sensitive factors affecting rock-soil collapse under earthquake action. Combining the influence of seismic action on soil collapse and the use of "block balance theory"， corresponding seismic stability analysis and evaluation are proposed.
关键词：地震;崩塌;影响因子;稳定性
Key words：
earthquake;collapse;influence factor;stability
中图分类号：P642.21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2020）25-0174-02
0 引言
地震崩塌是地震震动引起岩体脱离母体、在重力作用下快速地下滑、堆积的过程。岩土类型、地质构造、地形地貌是形成土体崩塌的基本条件;但是诱发土体崩塌的外界因素复杂，有地震、融雪、地表水冲刷及人类不合理的活动等。通过了解地震震级、地震烈度与岩土体崩塌的关系以及本次研究分析了地层岩性、土体坡度、距断裂距离、岩体高程、岩体相对高差5个地震触发土体崩塌的影响因子。采用“块体平衡理论”对易发生崩塌地区的岩体进行稳定评价，并为以后针对类似地区的崩塌灾害防治提供相应的理论知识及具体措施。
1 崩塌灾害与地震参数的关系
①震级是表征地震强弱的度量。
②地震烈度是通过地震时人对周围的感知、建筑物的破坏程度、崩滑等现象来反映地震宏观影响强弱指标。
地震等级与烈度都是影响地震诱发岩体崩塌规模和数量的重要参数。地震参数与崩塌灾害的发生呈正相关。
2 形成条件及影响因素
2.1 形成条件
①地形地貌：崩塌一般发生在坡度大于45度的高陡斜坡前缘。在地震作用下，由于高陡土体本来存在高差，结合能量守恒定律，势能容易转化为动能，从而为崩塌的形成提供物理条件。
②岩土类型：岩土是发生崩塌的物质基础。崩塌一般发生在厚层坚硬脆性岩体中。结构密实的薄弱结构面在应力重分布的作用下容易导致张拉裂缝的形成。最后结构面演化为连续贯通的分离面使岩土体脱离母体发生崩塌。
③地质构造：发育有两组或两组以上的陡倾节理是发生崩塌的地质前提。土体节理发育产生了大量的裂缝，使土体变得支离破碎，降低了其稳定性。在地震作用下，发生崩塌的机率则大大提高。
2.2 影响因素
①地下水、地表水的作用：地震的作用，使得岩土体发育更多的孔隙。而地下水的涌水效应会将土体颗粒一并带走，从而降低岩土体的强度;另一方面，土层在水化作用下易泥化或者软化导致其抗剪强度大大减小。总而言之，地表水渗入岩土体，软化岩土及其中软弱面，产生孔隙水压力等从而诱发崩塌。
②地震作用：岩土体易受地震波的影响，使其土体结构发生破坏。然而，地震惯性力往往作用在软弱结构面处发生张拉裂缝导致土体强度及稳定性降低，发生崩塌的可能性也大幅提高。地震为崩塌地质灾害提供了动力条件。水平节理和垂直节理的产生的原因是地震力的水平和垂直作用力作用在斜坡岩体的各种软弱结构面中。在一定时间内，产生的拉裂效应使得岩体沿结构面被震裂张拉，强度降低。最后，被震裂拉开的结构面形成分离面，连续贯通的裂缝进而使得岩土体的稳定性降低。
3 地震崩塌影响因子的敏感性分析
根据四川汶川、迭溪地震崩塌灾害，我们分别对斜坡坡度、山地高程、地层岩性、距断裂距离、山地相对高差等5个影响因子进行敏感性研究。
3.1 斜坡坡度
影响斜坡稳定性，失稳造成崩塌灾害的重要因素。崩塌的分布由它的几何特征所决定;应力特征则由坡度大小决定并且斜坡稳定性的强弱也由坡度角度大小所决定。松散固体物的分布规律及位置方位受山坡坡度的影响。坡度也为崩塌的发生提供动力。在地震波的作用下，陡坡地岩土体由于卸载作用强烈，地震对斜坡的影响突出，崩塌節理发育最为严重。
3.2 山地高程
山地的地貌特征为地形高陡，地形发育纵横交错，山地之间的高程大小参差不齐，山地岩土体的孔隙、节理发育，山坡分离面明显。地震波的放大作用常发生在山脊附近。P波是地震波传播最快的纵波，它使地表面上下发生明显的振动。岩土体的节理和裂缝由于P波的振动作用迅速得发育、扩展。当裂缝发育到地震破坏最低限值时，岩土体就开始发生破坏。S波紧接其后，它使即将破坏的松散岩土体发生前后左右的摇摆，使岩土体脱离母体飞出，产生抛掷性崩塌。当S波从地下深部震源向地表渐渐蔓延时，入射波和反射波两者会在地表面聚集融合。地震波的振幅与高程呈正相关。综上，崩塌在高程较大的山体更容易发生。其原因是地震波对高程的放大作用，至少放大到3倍及3倍以上。此外，孤立山包、山嘴或凹性陡坡最容易发生应力集中，容易发生斜拉破坏。山地离活动的主断裂带较远，地震波随距离的增加而能量不断衰减。地震波对土体的扰动也就大大衰减，崩塌就不容易发生。
3.3 距断裂的距离
通常10公里左右的断裂构造破碎带的软弱结构面节理发育，使坚硬脆性岩体发育为动力变质岩，由于风化的作用再形成带风化壳的变质岩。这为崩塌的发生提供了有利条件。根据断裂带在区域的活动的有无，可分为活动断裂和未活动断裂。距离断层越远的区域，崩塌的可能性越小;距离断层越近的区域，崩塌的可能性越大。综上所述，活动断裂比未活动断裂对崩塌的影响较大，也从侧面反映了地震波引起的动荷载作用可以作为崩塌发生的控制性因素。
3.4 地层岩性
坡体的稳定性强弱和岩石受自然侵蚀难易程度往往与岩石的类型、软硬程度以及岩石之间层间结构有关。另外，这三者也反过来决定了岩土体的强度大小，抗侵蚀能力的强弱。根据汶川县地震灾情，我们可以将岩体主要分为5个级别，分别为软、较软、软硬适中、硬、较硬。从汶川地震崩塌的岩石知，片岩、砂砾岩、灰岩、变粒岩、浅粒岩等硬岩对斜坡失稳有影响。地震应力不容易在软质岩石中传播;相反，地震应力更容易在硬质的岩石中传播。这是因为在硬质岩石中，侧面体现地震应力更容易使硬质岩石加速节理、孔隙和缝隙的发育，对岩石的几何特征形成影响，对岩石造成破坏，从而使得岩体崩塌。
3.5 相对高差
能量守恒定律，势能转化为动能为崩塌灾害的发生提供动力条件。势能由相对高差所决定，两者正相关。汶川县崇山峻岭，山地高低不平，其地形地貌为崩塌灾害的发生提供地质条件。
4 崩塌的地震稳定性分析
运用《工程地质手册》书中所涉及：特殊地质条件的勘察和对崩塌的评价方法——力学分析法。对崩塌的地震稳定性进行评价。以“块体平衡理论”为计算方法，同时考虑静水效应、地震力的作用的存在。假定：①岩土体未受到破坏前，将视为一个整体。②坍塌体按平面的方式计算，取单位宽度进行验算。③岩体之间的摩擦阻力可忽略不计。
通常，VII以上的烈度区要考虑水平地震作用力;在雨季，要考虑静水压力。因为雨水会进入裂缝，会降低岩体的强度。计算抗倾覆稳定性系数K，其公式如下：
F—静水压力（KN）;h0—水位高度（m），雨季时，取岩体高度;h—岩土高度（m）;？酌w—水重度，10kN/m3;W—崩塌体重力，kN;F—水平地震力，kN;a—崩塌体宽1/2（m）转折点至重心的水平距离。
将各个数据带入公式中，算出岩体的抗倾覆稳定性系数。当K<[K]，抗倾覆稳定性系数标准值时，岩体稳定。当K>[K]时，岩体则失稳。
通常，岩体高度不好直接得出，它需要借助岩土体的物理参数计算得出。岩土高度h一般取张拉裂缝的最大值。坍塌体的抗拉强度低，在与坡面平行的节理中由于出现拉应力集中的现象而形成张拉裂缝。岩体最大深度的取值公式：
γ—岩土体的容重（kN/m3）;c—岩土体的粘聚力（kPa）;Φ—岩土体的内摩擦角（°）。
5 结束语
①地震波的传播与介质有关：岩性越硬，对地震波的吸收越弱。硬质岩石的弹性差使得地震波的能量在岩石中衰减得快;软弱岩石与硬质岩石恰好相反，地震波对软弱岩石的荷载作用弱，振动响应小以致崩塌不易发生。高程对地震波有放大效应，随着山体高程的增加，地震波对岩石的振动幅度和频率放大。地震波的放大作用使得山脊处、凸性处最容易发生崩塌。研究区的孤立山包、山嘴，周边凌空地形节理发育，由于高陡地形的坡度和相对高差，为松散岩土体的势能转化为动能提供地质构造条件。另外，岩土体在地震横、纵波交错作用下，发生上下前后左右的扰动，导致应力集中，最容易发生密集崩塌。②地震波的传播与距离有关：研究发现，距离活动断裂带的区域，地震波能量会逐渐减弱。利用“块体平衡理论”和力学的分析方法，同时考虑静水压力和地震波作用并结合岩体的各个性质参数来计算崩塌体的抗倾覆稳定系数。通过与标注抗倾覆稳定性系数的大小比较来判断岩体是否稳定。
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