地震边坡稳定性的工程地质分析

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地震作用下边坡稳定性问题是地质工程与岩土工程领域的重要研究内容。地震边坡稳定性工程地质分析主要研究地震动荷载对边坡岩土体稳定性的影响，评估边坡在地震作用下的破坏机制与失稳风险。该分析综合运用地质调查、岩土力学参数测试、地震动参数分析及数值模拟等手段，识别边坡的地质结构特征、软弱面分布及其在地震动作用下的响应特征。通过分析地震惯性力、孔隙水压力变化、岩土体强度弱化等因素对边坡稳定性的影响，评价边坡在不同地震烈度下的安全系数与潜在滑动模式。研究成果可为地震区边坡治理、防护工程设计以及地质灾害防治提供科学依据，具有重要的工程实践意义。

边坡稳定性是边坡研究的核心问题。由于地质

条件的复杂性和人们认识事物的局限性，工程地质 定性分析在边坡稳定性评价中具有重要意义。特别 对于地质条件复杂的岩质高边坡工程，地质定性分 析更有其特殊价值。地震边坡稳定性研究是边坡稳

定性研究的重要方面，是岩土工程和地震工程中关 心的重要问题之一。过去对于地震边坡的研究，大 多数着眼于边坡稳定性评价的方法和永久位移的求 取，而很少从工程地质的角度进行详细分析。 本文从工程地质学的原理出发，结合大量前人 的研究成果，归纳分析了地震作用下边坡稳定性的 影响因素，把边坡的工程地质模型归纳为2大类7 亚类。在此基础上，提出了边坡动力破坏形式的确 定办法，对地震边坡的失稳机制进行了探讨，这对 于地震边坡的研究无疑具有重要意义。

地震作用下边坡稳定性的影响因

边坡所处的地质背景主要是指边坡所处的大地 构造单元以及区域性大断裂的发育状况。边坡所处 的大地构造单元不仅决定了边坡地质发育史的不 同，控制了边坡岩体的地层结构以及强度，特别决 定了边坡地质演化过程中新构造运动的活跃程度、 边坡可能遭遇地震的频度与强度。 区域性大断裂对边坡稳定性的影响表现为有利 和不利2个方面：有利方面是断裂带对地震波动能 量有屏蔽作用，从而降低了地震的作用强度：不利 方面是区域性大断裂往往是强震源之所在，同时由 于断裂带岩体破碎，降低了边坡的自稳能力。边坡 究竞是受到了有利的影响还是不利的影响，则取决 于边坡所处的位置。由于断裂带对地震波动能量的 屏蔽作用，那些与震源分处断裂带两侧的边坡所受 的地震作用将降低，从而其失稳的可能性也会减少。 而那些与震源位于断裂带同一侧的边坡，特别是位 于断裂带上的边坡，其失稳可能性会大大提高。区 域性大断裂往往控制滑坡密集发育并呈带状分布 就是这个原因。此外，区域性大断裂等地质构造作 为地震波的反射界面，会使与震源位于同侧的边坡 受到更复杂的地震作用过程，从而大大增加了边坡 失稳的概率。

.2岩体结构类型的影响

对于岩质边坡来说，边坡并不是整体一块，而 是由各种各样的结构面和结构体2种单元组成不同 的边坡岩体结构类型。常见的结构类型有：（1）块 状结构；(2)镶嵌结构：(3）碎裂结构：(4）层状结 构：（5）层状碎裂结构：（6）散体结构。不同结构类 型的岩体，对地震的反应是不同的。块状结构岩体，

祁生文等，地震边坡稳定性的工程地质分析

整体强度较高，在动力作用下的变形特征接近于均 质弹性体，地震期间一般不会发生失稳破坏：对于 镶嵌结构岩体，地震可能会造成局部的崩塌和落石， 但不会造成大规模的失稳；碎裂结构岩体的地震反 应比较强烈，强烈的地震会导致碎裂结构岩体松动， 造成大量的崩塌、落石以及小规模的滑动：层状结 构的岩体受层面的控制，在地震作用下可能沿层面 产生滑动；而对于散体结构的边坡，在地震作用下， 不仅产生大量的崩塌和滑塌，而且有可能导致大规 模滑坡和流滑。土质边坡可以看成散体结构，在地 震作用下将会产生大量的变形、滑塌、滑坡和流滑。

岩性对地震滑坡的影响主要反映为不同岩性的 边坡产生滑坡的程度不同。由粘土、泥岩、页岩、 泥灰岩以及它们的变质岩如片岩、板岩、千枚岩组 成的岩体，或由上述软岩与一些硬岩互层组成的岩 体，或由某些岩性软弱、易风化的岩浆岩（如凝灰岩） 组成的岩体具有以下特点：（1）抗风化性差、风化 产物中含有较多的粘性、泥质颗粒，具有很高的亲 水性、膨胀性、崩解性等特征：(2)这些地层的软 岩及其风化产物一般抗剪性能差，遇水湿润后即产 生表层软化和泥化，形成很薄（nx10～nx10²mm) 的粘粒层，抗剪强度极低（c=0～10kPa，=2°~ nx10°；（3）由于岩性、颗粒成分和矿物成分的差 异，导致水文地质条件的差异。细颗粒的泥质、粘 土质软层既是吸水层，又是相对的隔水层：（4）在 干湿交替的情况下粘土成分的高收缩性，使岩土体 中裂隙迅速发生并扩大，各种地表水很容易渗入坡 体。上述这些特点容易导致滑坡的发育。通常把这 类很容易发生滑坡的地层称为“易滑地层”[4。易 滑地层不仅本身容易发生滑坡，而且它们的风化碎 屑产物也极易滑动，甚至覆盖在它们之上的外来堆 积层（冲积层、洪积层等）也容易发生沿着“易滑地 层”或其风化碎屑物顶面滑动。 不同的岩土性质对地震的反应不同。在一定震 级下，不同土质的最大加速度和震动幅值都不同。 根据调查研究，90%以上的滑坡产生在各种松散堆 积中，岩石滑坡较少。应特别注意新黄土、高灵敏 度的粘土和饱水松散粉细砂层的动力响应。我国南 北向地震带北段黄土高原和丘陵地区，地震诱发滑 坡和崩塌最多，新黄土物理性质和水理性质起了很 大作用：在地震力作用下，高灵敏度的粘土和饱水 松散粉细砂层易于产生触变和液化，丧失抗剪强度 面导致滑坡的发生，如唐山地震区7度以上的液化

边坡的地形地貌条件对边坡动力稳定性的影响 表现在2个方面：（1）边坡的高度和坡度的影响；（2) 边坡坡形的影响。前者的影响较后者大。 已有的强震观测结果表明，地震动幅值和频谱 随地形高度而变化。国外卡格尔山山上和山脚两点 的强余震速度观测记录发现，山顶上地震动持续时 间显著增长，放大效应显著，并且位移、速度和加 速度3个量的放大效应不同。高野秀夫（1973）斜坡 地震效应的观测结果表明：（1）斜坡上的地震烈度 相对于谷底大约增加1°左右；（2）在角度超过15° 的圆锥状山体上部点的位移幅值与下部点的位移幅 值相比，其局部谱段值增加高达7倍：（3）黄土阶 地的幅值比底部的约大4倍，比离开坡阶边缘25m 的水平面处约大2倍。王存玉(1987)的振动模型实 验表明：边坡顶部对振动的反应幅值较之边坡底部 存在明显的放大现象(垂直向放大)，边坡的边缘部 位对振动的反应幅值较之内部（处于同一高度上的 两点比较)也存在放大现象(水平向放大)。文[7]通 过大量数值模拟，也发现了这一现象。虽然上述资 料不能给出各种地形影响的数值范围，但所有的资 料都表明了边坡的高度对地震响应有重大影响。 关于坡角的影响，文[3]通过对炉霍、昭通2个 点的地震资料的统计分析，绘制了地震滑坡与坡角 间关系图，结果发现20°以下和50以上很少发生滑 坡，绝大多数滑坡都发生在30°～50°的斜坡上，地 震崩塌多发生于大于30°的斜坡上，其中以50°～ 70°的斜坡居多，在80°～90°的斜坡上崩塌的数量较 少。这与李天池(1979)的结论基本一致。 边坡的坡形对边坡动力稳定性有很大影响。如 果将边坡的坡形分为直线坡、凸坡和凹坡3种，震 后调查资料发现，直线形的斜坡很少发生崩塌和滑 坡，凹坡和凸坡则容易产生崩塌和滑坡，而且都发 生在坡度变化点附近，尤以凹坡上发生滑坡和崩塌 的几率最高，这与边坡在静力作用下的稳定性有很 大区别。在静力作用下，凸坡上发生滑坡的几率高 于凹坡5.8]。

2.5水文地质条件的影响

水文地质条件对边坡稳定性的影响主要表现在 地下水位的埋深和边坡中地下水的补、径、排条件 2个方面。当地下水埋深较小时，地震会造成孔隙 水压力增加及其累积效应，由此引起边坡产生永久 位移，当这种永久位移达到一定程度时，可能导致

边坡失稳。地下水的补、径、排条件对地震期间孔 隙水压力的累积有重要的影响。如果地下水的排泄 条件畅通，孔隙水压力不容易累积，则对边坡的动 力稳定性影响不大：反之，则极易产生滑动。

边坡工程地质模型的确定是边坡稳定性包括动 力稳定性研究的基础。边坡工程地质模型确定的基 本依据是边坡的工程地质条件。 文[9，10]对于边坡工程地质模型的研究具有 定的代表意义。文[10]明确提出了边坡变形的常见5 大模式：金川模式(反倾边坡)、盐池河模式(水平层 状上硬下软)、葛洲坝模式(水平薄层状软硬相间)、 白灰厂模式(水平厚层状软硬相间)以及塘岩光模式 (顺倾薄层状结构)。这几种模型归纳起来也就是反 倾边坡、水平层状边坡、顺倾层状边坡这3种形式。 对于边坡来说，这是3种常见的边坡工程地质模型， 但是它们代表不了边坡工程地质模型的全部。 在对边坡破坏实例的分析以及前人研究工作的 基础上，作者把边坡的工程地质模型归纳为2类： (1）有明显控制性结构面的边坡工程地质模型；(2) 无明显控制性结构面的边坡工程地质模型。前者包 括了文[10]所提出的5种边坡模式，同时包括了滑 坡体和基岩与厚覆盖层(风化壳)组成的边坡；后者 主要有均质土坡和无明显控制性结构面的岩质边 坡。很显然，这两类边坡在动力作用下的变形稳定 性情况将会有显著差异。

根据边坡的工程地质模型，可以确定边坡变形 破坏的形式。文[10]根据滑动面的形态、数目、组 合特征以及边坡岩体破坏的力学性质，将边坡变形 破坏划分为5类，每类中又分若干亚类：（1）曲面 滑动，又分为圆弧形滑动和非圆弧形滑动；（2）平 面滑动，又分为无拉裂面平面滑动和有拉裂面滑动； (3）双平面滑动，又分为异向双平面滑动和同向双 平面滑动；（4）多平面滑动q／gdw 11873-2018 输变电工程施工图预算（综合单价法）编制规定，又分为一般多平面滑 动和阶梯状滑动；（5）倾覆破坏。这5种形式实际 上就是曲面滑动、平面滑动以及倾覆破坏3种。这 种关于边坡变形破坏形式的分类主要是针对静力问 题分析的，没有考虑边坡遭受动力荷载下变形破坏 的特点。实际上，对于某些特殊边坡特别是坝坡和

黄土边坡，在动荷作用下由于孔隙水压力的累积作 用，将会发生塑性流动和液化流滑。文[11]在考虑 了动荷作用特点的基础上，将边坡的变形破坏形式 分为滑动型、崩塌型、塑性变形破坏、层体弯折4 大类，各大类之下又分若干亚类。但是，该文却把 塑性流动和液化流滑塑性变形破坏归纳在崩塌型大 类之下，这是不合适的。在文[11]的基础上，作者 对边坡的变形破坏类型重新归纳为表1所示。

表1边坡的变形破坏类型 Table 1List of deformation andfailure types of slopell