論地震誘發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的強(qiáng)度評估方法

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1滑坡災(zāi)害的活動強(qiáng)度評估方法

地震誘發(fā)的群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害往往點(diǎn)多面廣、類型多樣，最常見的為崩塌、滑坡和泥石流3種地質(zhì)災(zāi)害。筆者主要討論地震誘發(fā)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害的活動強(qiáng)度，希望能起到拋磚引玉的作用，以促進(jìn)地質(zhì)災(zāi)害的強(qiáng)度評估理論發(fā)展。

1.1能量法滑坡強(qiáng)度評估的原理

滑坡釋放的能量是指從滑坡失穩(wěn)破壞到堆積穩(wěn)定這一階段所釋放的能量，該能量由兩部分組成，一是地震波對滑坡體輸入的能量，二是滑坡體下滑的勢能。后一種能量可由E=γVH測得，其中γ為滑坡物質(zhì)的重度（N/m3），V為滑坡體積（m3），H為滑坡體重心在滑動前后的垂直運(yùn)動高度。然而，地震對坡體輸入的能量目前還無法準(zhǔn)確的測得，坡體失穩(wěn)破壞的地震最小加速度即臨界加速度目前還有待研究，失穩(wěn)破壞之前地震波對坡體輸入的能量亦是無法測得。因此，需要從另外一個(gè)方面考慮能量的計(jì)算。滑坡體從獲得地震輸入的能量啟動，到最終堆積穩(wěn)定，地震力和重力對坡體做正功，系統(tǒng)最終穩(wěn)定下來，一定有一種力做負(fù)功，這種力即為摩擦力。摩擦力是一種耗散力，是非保守力的一種。耗散力是指對系統(tǒng)或物體做負(fù)功，而使之總機(jī)械能減少的力，耗散力做功與力使物體經(jīng)過的路程有關(guān)。前面提到，摩擦力是非保守力的一種，而非保守力有一個(gè)特點(diǎn)：物體在有非保守力作用時(shí)，其動能和勢能之和（機(jī)械能）不再守恒。滑坡在地震作用下失穩(wěn)破壞到最終堆積穩(wěn)定，不僅存在機(jī)械能，還包括地震能量，因此，單純從機(jī)械能的轉(zhuǎn)化來度量地質(zhì)災(zāi)害釋放的能量是欠妥當(dāng)?shù)摹；碌刭|(zhì)災(zāi)害釋放能量的過程，可以分為3個(gè)階段：第一階段為地震輸入能量在巖土體中積累形成變形能，當(dāng)達(dá)到一定程度后開始沿某一方向釋放變形能，當(dāng)釋放的能量超過巖體破裂所需的能量時(shí)，巖體發(fā)生破壞直至剪斷巖土體形成滑動面的，釋放的能量主要用于剪斷巖土體；第二階段為滑坡體沿滑動面剪切破壞，直至完全剪出，釋放的能量主要用于克服抗滑力所做的功；第三個(gè)階段為滑坡體在斜坡表面滑動直至堆積停止，釋放的能量主要用于克服斜坡體表面的摩擦力所做的功滑坡釋放能量的3個(gè)階段，對應(yīng)著不同的滑坡破壞形態(tài)。坡體在地震輸入能量后，首先進(jìn)行第一階段，在第一階段能量耗散到不足以進(jìn)行到第二階段，則坡體破壞的結(jié)果是形成不穩(wěn)定斜坡；能量能夠維持到第二階段，卻不足以支持第三階段，則斜坡破壞的結(jié)果為我們常見的滑坡；能量能夠維持到第三階段，則破壞的結(jié)果為遠(yuǎn)距離滑坡。

1.2滑坡災(zāi)害強(qiáng)度評估方法

第一階段釋放能量：根據(jù)巖石強(qiáng)度的能量理論，巖石單位體積內(nèi)所能儲存的變形能是一常量，與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)，變形能一旦超過這一常量，材料即發(fā)生破壞。在地震波作用下，巖體逐漸儲存變形能，當(dāng)?shù)卣鹱饔玫哪芰砍^巖體的變形能后，巖體發(fā)生第一階段破壞，并逐漸釋放變形所吸收的能量。此時(shí)巖體釋放的能量為：210*2EVE(1)式中:E1為第一階段釋放的能量；σ為水平向應(yīng)力；E0為巖土體的彈性模量，一般可取變形模量；V為滑坡體體積。第二階段釋放能量：巖土體在剪斷貫通后，沿滑面在重力及地震力作用下克服抗滑力下滑，所受的摩擦力與抗滑力大小相同，摩擦力做功消耗的能量為：22EWcos-Qsintgl+cl（2）式中：E2為第二階段釋放的能量；W為坡體自重及上覆荷載之和；Q為地震力，Q=ξW,ξ為地震水平系數(shù)，結(jié)合《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》的規(guī)定，巖質(zhì)滑坡取0.05，土質(zhì)滑坡取0.0125；為滑坡體滑面傾角；為滑面內(nèi)摩擦角；c為滑面黏聚力；l為滑面長度。第三階段釋放的能量：滑坡體剪出后沿著斜坡表面繼續(xù)向下滑動，最終堆積穩(wěn)定。滑坡體的下滑力來源于坡體自重及上覆荷載沿坡面的分力，抗滑力（摩擦力）則由法向分力及摩擦系數(shù)決定，釋放的能量為：3E=WcosS（3）式中：μ為坡體表面的摩擦系數(shù)；為滑坡總斜率，是滑坡運(yùn)動前最高點(diǎn)與運(yùn)動后最遠(yuǎn)點(diǎn)連線的斜率；S為滑坡運(yùn)動斜長；其它符號同上。地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度以釋放的能量作為度量，而釋放的總能量為上述3個(gè)階段之和，則滑坡災(zāi)害的活動強(qiáng)度表示為：123EEEE（4）當(dāng)然，對于地震誘發(fā)的群發(fā)性滑坡地質(zhì)災(zāi)害來說，每個(gè)單體災(zāi)害達(dá)到的破壞階段不同，則相應(yīng)的能量計(jì)算應(yīng)區(qū)別對待。對于只達(dá)到前兩個(gè)階段的滑坡，計(jì)算時(shí)也只能計(jì)算到前兩種能量；而原本已經(jīng)存在的滑坡在地震作用下加劇，則計(jì)算時(shí)可能取后兩個(gè)階段。

2結(jié)論

1）地質(zhì)災(zāi)害的活動強(qiáng)度評估在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與評價(jià)中具有重要的意義，尤其對地震誘發(fā)的群發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，可直觀地對比不同地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的活動強(qiáng)度大小。從能量的角度考慮地質(zhì)災(zāi)害的活動強(qiáng)度，已經(jīng)越來越受到關(guān)注與重視。

2）從能量的角度考慮滑坡災(zāi)害的活動強(qiáng)度，可分為3個(gè)階段：第一階段地震輸入能量在巖土體中積累形成變形能，超過巖體破裂所需的能量時(shí)，巖體發(fā)生破壞并釋放變形能；第二階段滑坡體在地震力和重力的作用下沿滑面下滑，克服抗滑力釋放能量；第三階段滑坡體在重力作用下在斜坡表面下滑，克服摩擦力釋放能量，最終堆積穩(wěn)定。

3）采用地震滑坡實(shí)例，對能量法評估地質(zhì)災(zāi)害的強(qiáng)度進(jìn)行了初步應(yīng)用，取得了一定成果。但該方法仍存在許多需完善的地方，評估結(jié)果的級別劃分還需大量的實(shí)例來界定，許多參數(shù)還有待規(guī)范。相信隨著能量的觀點(diǎn)在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域的推廣，以及地質(zhì)災(zāi)害強(qiáng)度評估的發(fā)展，這些問題將會迎刃而解。

作者：黨杰陳筠楊勝元郭果單位：貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院