曾耀勛，樊曉一，段曉冬

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621010)

強(qiáng)烈地震作用下，往往會(huì)誘發(fā)大量的滑坡災(zāi)害，尤其是在山嶺地區(qū)。我國(guó)是地震頻發(fā)的國(guó)家之一，由此引起的滑坡災(zāi)害非常嚴(yán)重，如2008年5·12汶川Ms8.0級(jí)地震，在約48 700 km2的區(qū)域內(nèi)，地震誘發(fā)了不少于48 000處的滑坡災(zāi)害［1］;2010年 4·14玉樹Ms7.1級(jí)地震，觸發(fā)了2 036次滑坡災(zāi)害［2］;2013 年4·20蘆山Ms7.0級(jí)地震觸發(fā)了1 800余處具有危害性的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，比地震前增加18%［3］。因此，地震滑坡研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

坡體結(jié)構(gòu)對(duì)坡體的變形破壞十分關(guān)鍵，坡體波動(dòng)振蕩則是地震滑坡形成的主要原因之一。國(guó)內(nèi)外針對(duì)坡體結(jié)構(gòu)與地震滑坡研究頗多，方華等［4］根據(jù)汶川地震高速遠(yuǎn)程滑坡處的坡體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及坡體對(duì)地震的動(dòng)力響應(yīng)，研究了地震滑坡體積、高差、坡度以及滑坡運(yùn)動(dòng)距離之間的相關(guān)性;許強(qiáng)等［5］利用物理模型試驗(yàn)研究斜坡的地震響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)坡體沒(méi)有控制性結(jié)構(gòu)面時(shí)其破壞模式主要受坡度、坡形、坡體組成的影響;喬建平等［6-8］借助GIS技術(shù)，采用貢獻(xiàn)率分析法研究了三峽水庫(kù)區(qū)云陽(yáng)一巫山段地層巖性、坡形、高差對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)率;成永剛等［9］利用貢獻(xiàn)率分析法研究了層面傾角對(duì)順層巖質(zhì)滑坡的貢獻(xiàn)率，得出層面傾角為10°～25°的坡體對(duì)順層巖質(zhì)滑坡的貢獻(xiàn)程度最高。依據(jù)5·12汶川地震災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與相關(guān)文獻(xiàn)資料所收集的986個(gè)規(guī)模超過(guò)1萬(wàn)m3的地震滑坡詳細(xì)資料，基于貢獻(xiàn)率分析法及極差分析法，以滑坡數(shù)量、面積、體積以及變形長(zhǎng)度作為地震滑坡發(fā)育指標(biāo)，分析坡體組成、坡度、坡型、斜坡坡向與地層傾向差和斜坡坡角與地層傾角差共五個(gè)坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)率。

1 坡體結(jié)構(gòu)分類

貢獻(xiàn)率分析法作為一種信息數(shù)據(jù)處理方法，具有樣本分類與系統(tǒng)因素分析的雙重功能，是一種定性與定量相結(jié)合的廣義量化分析方法，應(yīng)用該方法可以將某一坡體結(jié)構(gòu)因素與地震滑坡的關(guān)系定量化，相比傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法可以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。坡體結(jié)構(gòu)的具體區(qū)間分類如表1所示。

表1 坡體結(jié)構(gòu)區(qū)間分類

貢獻(xiàn)率分析法的計(jì)算公式為

式中:Qij為某坡體結(jié)構(gòu)因素各區(qū)間對(duì)地震滑坡發(fā)育指標(biāo)的貢獻(xiàn)率;nj為各區(qū)間的地震滑坡發(fā)育指標(biāo)統(tǒng)計(jì);Nj為該坡體結(jié)構(gòu)因素各區(qū)間統(tǒng)計(jì)指標(biāo)之總和。

2 坡體結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)率分析

2.1 滑坡數(shù)量貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)

利用坡體結(jié)構(gòu)區(qū)間分類表及貢獻(xiàn)率分析法的計(jì)算公式可以得到坡體結(jié)構(gòu)因素各區(qū)間與滑坡數(shù)量的貢獻(xiàn)率關(guān)系，如圖1所示。

圖1 坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)滑坡數(shù)量的貢獻(xiàn)率

由圖1可以發(fā)現(xiàn)，在地震作用下，坡體結(jié)構(gòu)與滑坡數(shù)量的關(guān)系具有如下趨勢(shì):

1)軟巖類斜坡發(fā)生的滑坡災(zāi)害最多，硬巖類斜坡發(fā)生的滑坡災(zāi)害最少。而且相對(duì)于土質(zhì)斜坡，地震作用下，巖質(zhì)斜坡更易于誘發(fā)滑坡災(zāi)害(約占70%)。這是由于在強(qiáng)烈的地震動(dòng)作用下，斜坡主要呈現(xiàn)出以拉裂破壞為主的特征，與常規(guī)重力作用下以剪切滑動(dòng)破壞為主的特征有顯著區(qū)別，這也是巖質(zhì)斜坡的動(dòng)力響應(yīng)程度大于土質(zhì)斜坡的結(jié)果。

2)坡度為25°～50°時(shí)地震滑坡數(shù)量最多，即地震滑坡多半發(fā)生于坡度為25°～50°的斜坡。一般而言，斜坡的坡度越陡越易觸發(fā)滑坡，但對(duì)于某一地區(qū)而言，往往存在著滑坡發(fā)育的優(yōu)勢(shì)坡度范圍，如1974年昭通地震，滑坡發(fā)育的優(yōu)勢(shì)坡度范圍為35°～45°，1973年?duì)t霍地震，滑坡發(fā)育的優(yōu)勢(shì)坡度范圍為 30°～50°［10］。本文所取的地震滑坡數(shù)據(jù)為汶川地震災(zāi)后調(diào)查統(tǒng)計(jì)所得，因此可以認(rèn)為2008年汶川地震，滑坡發(fā)育的優(yōu)勢(shì)坡度范圍為25°～50°，這也與文獻(xiàn)［11］中關(guān)于汶川地震滑坡坡度的研究結(jié)果相符。

3)直線形與凸形斜坡有利于滑坡發(fā)育，而階梯形與凹形斜坡則滑坡發(fā)育較少。在實(shí)際工程中也往往利用這點(diǎn)增加邊坡穩(wěn)定程度，如將邊坡挖成階梯形來(lái)防止邊坡失穩(wěn)。

4)坡向與地層傾向差、坡角與地層傾角差跟滑坡數(shù)量的關(guān)系具有一致性，差值越小則越有利于地震滑坡數(shù)目的發(fā)育。

2.2 滑坡面積、體積及變形長(zhǎng)度貢獻(xiàn)率統(tǒng)計(jì)

利用式(1)，可以得到坡體結(jié)構(gòu)因素各區(qū)間與滑坡面積、體積及變形長(zhǎng)度的貢獻(xiàn)率關(guān)系，如圖2～圖4所示。

圖2 坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)滑坡面積的貢獻(xiàn)率

圖3 坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)滑坡體積的貢獻(xiàn)率

圖4 坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)滑坡變形長(zhǎng)度的貢獻(xiàn)率

從圖2～圖4可以看出，各坡體結(jié)構(gòu)因素各區(qū)間對(duì)滑坡面積、體積及變形長(zhǎng)度的貢獻(xiàn)率基本一致，即硬巖類坡體、坡度＞75°、坡型為凹形，傾向差＞240°以及傾角差＞75°貢獻(xiàn)率較低，均不利于滑坡面積、體積及變形長(zhǎng)度的發(fā)育;而軟巖類坡體、坡度25°～50°、坡型為直線、傾向差＜90°以及傾角差＜25°則貢獻(xiàn)率較高，有利于此三者的發(fā)育。

2.3 地震滑坡發(fā)育指標(biāo)貢獻(xiàn)率分析

圖1～圖4反映了各地震滑坡發(fā)育指標(biāo)的最有利及不利坡體結(jié)構(gòu)因素區(qū)間，但尚未綜合考慮坡體結(jié)構(gòu)中哪種因素為地震滑坡發(fā)育指標(biāo)的主控因素，因此利用極差分析法，分析各坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度，確定其主次地位。極差R是度量數(shù)據(jù)波動(dòng)大小的一個(gè)重要指標(biāo)，在此代表某坡體結(jié)構(gòu)因素各區(qū)間對(duì)地震滑坡發(fā)育貢獻(xiàn)率最大值與最小值的差，極差值大的因素對(duì)指標(biāo)的影響大，是影響指標(biāo)的主要因素;反之，極差值小的因素對(duì)指標(biāo)影響小，是影響指標(biāo)的次要因素［12］。計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

圖5 坡體結(jié)構(gòu)因素與地震滑坡貢獻(xiàn)率極差的關(guān)系

從圖5可以看出，坡度(α)、斜坡坡角與地層傾角差(θ2)是影響各地震滑坡發(fā)育指標(biāo)的最主要坡體結(jié)構(gòu)因素，而其他坡體結(jié)構(gòu)因素的影響程度則隨發(fā)育指標(biāo)的不同而略有變動(dòng)。對(duì)于地震滑坡數(shù)量及變形長(zhǎng)度，其他坡體結(jié)構(gòu)因素影響程度從大到小依次為M＞θ1＞T;對(duì)于地震滑坡面積，其他坡體結(jié)構(gòu)因素影響程度從大到小依次為M＞T＞θ1;對(duì)于地震滑坡體積，其他坡體結(jié)構(gòu)因素影響程度從大到小依次為T＞M＞θ1。

3 坡體結(jié)構(gòu)綜合貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)

通過(guò)上述分析得到了坡體結(jié)構(gòu)因素與地震滑坡發(fā)育指標(biāo)(滑坡數(shù)量、面積、體積及變形長(zhǎng)度)的貢獻(xiàn)率關(guān)系，采用疊加組合方法就可以得到坡體結(jié)構(gòu)對(duì)地震滑坡發(fā)育的綜合貢獻(xiàn)率指數(shù)，并利用等距法劃分為高、中、低3個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)表2對(duì)坡體結(jié)構(gòu)因素的貢獻(xiàn)率賦值，采用求均值的方法對(duì)同一坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)值進(jìn)行疊加統(tǒng)計(jì)，得到綜合貢獻(xiàn)指數(shù)。

表2 不同坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育貢獻(xiàn)率賦值

式中:Q(i)代表不同坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的綜合貢獻(xiàn)指數(shù);q1(i)，q2(i)，q3(i)，q4(i)則分別代表同一坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)各地震發(fā)育指標(biāo)的賦值大小。

依據(jù)表2和式(2)可以得到:Q(M)=2.75;Q(α)=4.00;Q(T)=1.75;Q(θ1)=1.50;Q(θ2)=5.00。因此，各坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育綜合貢獻(xiàn)指數(shù)按大小排列為

根據(jù)已得到的各坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育綜合貢獻(xiàn)指數(shù)，按式(3)對(duì)地震滑坡發(fā)育的綜合貢獻(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算。

式中:Q0(i)為綜合貢獻(xiàn)率;S為各坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的綜合貢獻(xiàn)指數(shù)之和。

綜合貢獻(xiàn)率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的綜合貢獻(xiàn)率

為了分析不同坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育的綜合貢獻(xiàn)率程度，利用等距法劃分為高、中、低3個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，見(jiàn)表3。

表3 坡體結(jié)構(gòu)因素對(duì)地震滑坡發(fā)育綜合貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

1)坡體結(jié)構(gòu)因素決定地震滑坡的空間分布，以及地震滑坡面積、體積和變形長(zhǎng)度。

2)斜坡坡角與地層傾角差、坡度是影響地震滑坡發(fā)育的主要因素，其他坡體結(jié)構(gòu)因素的影響程度則隨發(fā)育指標(biāo)的不同而略有改變。

3)對(duì)于地震滑坡數(shù)量及變形長(zhǎng)度，其他坡體結(jié)構(gòu)因素影響程度從大到小依次為M＞θ1＞T;對(duì)于地震滑坡面積，其他坡體結(jié)構(gòu)因素影響程度從大到小依次為M＞T＞θ1;對(duì)于地震滑坡體積，其他坡體結(jié)構(gòu)因素影響程度從大到小依次為T＞M＞θ1。

4)根據(jù)上述結(jié)論，對(duì)坡體結(jié)構(gòu)的綜合貢獻(xiàn)率作出評(píng)價(jià)，認(rèn)為斜坡坡角與地層傾角差、坡度對(duì)地震滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度最高，坡體組成對(duì)地震滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度中等，坡型、斜坡坡向與地層傾向差對(duì)地震滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度最低。

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