論地震誘發(fā)滑坡地質災害的強度評估方法

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1滑坡災害的活動強度評估方法

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

1.1能量法滑坡強度評估的原理

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動高度。然而，地震對坡體輸入的能量目前還無法準確的測得，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，需要從另外一個方面考慮能量的計算。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)或物體做負功，而使之總機械能減少的力，耗散力做功與力使物體經過的路程有關。前面提到，摩擦力是非保守力的一種，而非保守力有一個特點：物體在有非保守力作用時，其動能和勢能之和（機械能）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，不僅存在機械能，還包括地震能量，因此，單純從機械能的轉化來度量地質災害釋放的能量是欠妥當?shù)摹；碌刭|災害釋放能量的過程，可以分為3個階段：第一階段為地震輸入能量在巖土體中積累形成變形能，當達到一定程度后開始沿某一方向釋放變形能，當釋放的能量超過巖體破裂所需的能量時，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個階段，對應著不同的滑坡破壞形態(tài)。坡體在地震輸入能量后，首先進行第一階段，在第一階段能量耗散到不足以進行到第二階段，則坡體破壞的結果是形成不穩(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，則破壞的結果為遠距離滑坡。

1.2滑坡災害強度評估方法

第一階段釋放能量：根據(jù)巖石強度的能量理論，巖石單位體積內所能儲存的變形能是一常量，與應力狀態(tài)無關，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?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)，結合《地質災害防治工程勘察規(guī)范》的規(guī)定，巖質滑坡取0.05，土質滑坡取0.0125；為滑坡體滑面傾角；為滑面內摩擦角；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，是滑坡運動前最高點與運動后最遠點連線的斜率；S為滑坡運動斜長；其它符號同上。地震誘發(fā)的地質災害強度以釋放的能量作為度量，而釋放的總能量為上述3個階段之和，則滑坡災害的活動強度表示為：123EEEE（4）當然，對于地震誘發(fā)的群發(fā)性滑坡地質災害來說，每個單體災害達到的破壞階段不同，則相應的能量計算應區(qū)別對待。對于只達到前兩個階段的滑坡，計算時也只能計算到前兩種能量；而原本已經存在的滑坡在地震作用下加劇，則計算時可能取后兩個階段。

2結論

1）地質災害的活動強度評估在地質災害調查與評價中具有重要的意義，尤其對地震誘發(fā)的群發(fā)地質災害，可直觀地對比不同地震誘發(fā)的地質災害的活動強度大小。從能量的角度考慮地質災害的活動強度，已經越來越受到關注與重視。

2）從能量的角度考慮滑坡災害的活動強度，可分為3個階段：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，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）采用地震滑坡實例，對能量法評估地質災害的強度進行了初步應用，取得了一定成果。但該方法仍存在許多需完善的地方，評估結果的級別劃分還需大量的實例來界定，許多參數(shù)還有待規(guī)范。相信隨著能量的觀點在地質災害領域的推廣，以及地質災害強度評估的發(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：貴州大學資源與環(huán)境工程學院貴州省地質環(huán)境監(jiān)測院