【摘 要】地震引发的边坡破坏是进行边坡稳定性分析的重要前提，在汶川地震之后，坡体上部的拉破坏是地震研究的重要发现。文章首先分析了地震边坡破坏机制，包括风化岩质的边坡动力破坏机制和土坡动力破坏机制，然后介绍了地震边坡稳定性评价方法，提出了新的稳定性的评价方法即基于动力强度折减法，并且依据完全动力分析，计算稳定性安全系数。
【关键词】地震；边坡稳定性；破坏机制
1引言
由于地震而引发的山体滑坡是地震地质灾害类型之一，这种地质灾害多发生在山区和丘陵地带。在2008年5月12日发生的汶川地震是我国地质灾害中较为严重的一次地震。由于汶川处于四川省，多为山区和丘陵，诱发了大量的边坡滑动，造成了大量的损失，其中仅山体滑坡损害约为整个地震危害损失的1/3。因此地震稳定性分析已经是地震工程界的重要研究内容。在地震边坡稳定性分析中，首先需要确定破裂面性质和位置，以及破坏形成因素和过程。在许多地震边坡稳定性研究中，首先假设边坡是受到剪切破坏，然后通过极限平衡分析得出安全系数，从而评价地震边坡的稳定性。而在汶川地震中发现滑坡上部发生拉破坏，以及岩体土体被抛出，这一发现为地震边坡破坏研究提供很好的方向。
地震稳定性评价方法有拟静力法、动力有限元时程分析法、平均安全系数法、概率分析法以及数值方法等。拟静力法是规定工程经常使用的方法，这一方法计算简单，但是不能发映出稳定性的动力特征。动力元时程分析法是将动力施加到静力上，然后按照拟静力法计算安全系数，主要系数包括平均安全系数、最小平均安全系数、最小动力安全系数等。这种方法是动力问题和静力问题的结合，将动力转化为静力问题，从而实现计算，但是这一方法不能够根据地震动力破坏时刻去反应破裂面性质，除此之外没有考虑到拉破坏。
本文首先介绍地震破坏机制，分析了动力破坏和尽力破坏、风化岩质的边坡动力破坏机制和土坡动力破坏机制，然后探讨了地震边坡稳定评价，最后介绍了评价地震稳定性的重要方法，这一方法得到许多学者的实证研究，即根据完全动力分析，使用动力强度折减法，得到稳定安全系数。
2地震边坡破坏机制
地震边坡破坏机制是分析边坡稳定性的前提，由于地震发生而造成山体滑坡，通常认为地震边坡破坏机制是剪切破坏。边坡潜在破裂区上部拉破坏和下部剪切破坏组成地震边坡破坏，但是剪切滑移破坏并不是地震边坡破坏。一般地，地震边坡破坏机制是利用静力下边破破坏机制，许多人认为岩石体的剪切破坏是地震边坡破坏的主要成因，但是岩石体的拉破坏对边坡破坏经常被忽略，从汶川地震的边坡破坏中，我们可以发现以上情景与实际情况不符，上边坡破坏是滑动岩土体受拉和受剪的共同破坏作用。当边坡体在地震运动中，边坡岩石更容易发生拉破坏，因此在分析边坡地震破坏时，不仅需要考虑剪切破坏，而且边坡体的拉破坏是不可以忽略的。
地质边坡破坏机制包括静力破坏和动力破坏，动力破坏一般指的是风化岩石的边坡动力破坏机制和土坡动力破坏机制。发生静力破坏主要有三个前提条件：等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通、土体滑移面上应变和位移突变、有限元静力平衡计算不收敛。边坡动力破坏中，坡顶向下拉破坏的深度大于静力破坏。
2.1风化岩质的边坡动力破坏机制
地震边坡破坏中，风化岩质的边坡动力破坏机制是地震边坡破坏机制的重要组成部分。一般情况下，当地震发生时，研究者根据单元破坏状态、位移和剪应变增量、节理单元的接触状态等，从而获知破裂面的性质和位置。在地震波作用的过程中，边坡岩土体塑性状态、位移和应变将会发生变化。当风化岩质边坡岩体和风化层参数折减系数为1时，在不同的时刻会形成不同的单元破坏状态。并且风化岩坡面情况如下，边坡高度为32米，坡角为45度，风化层高度是20米，输入的地震破为20秒的集地震波。在以上条件下进行仿真研究，可以发现当发生地震时，边坡上部单元先发生拉破坏，并在岩层分界面上部产生拉裂缝，在边坡下部单元发生剪破坏，当地震坡持续作用的时候，拉裂缝的深度会不断增大，潜在坡体单元都会发生拉破坏和剪破坏。
2.2土坡动力破坏机制
研究土坡动力破坏机制时，一般地将土体参数逐渐折减至获得土坡动力破裂面，通常土体参数折减系数是1.2，随着时间的变化会产生不同的单元破坏和位移与剪切。地震作用下土坡破坏是一个过程，土坡的破坏时间一般为4.5s-12.0s。坡顶上部的拉破坏和坡脚的剪切破坏共同构成土坡动力破坏。
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3边坡稳定性
影响边坡稳定性的因素有很多，内在因素一般是地貌特征、岩土体结构、地质构造、岩体初始应力等，外在因素是雨水、地震、岩体风化、工程因素以及人为因素等。通过对上面地震边坡破坏机制分析，或多或少的可以了解地震造成的边坡稳定性失衡问题。地震对岩土边坡的主要作用体现在，当地正发生的时候，循环荷载和地震荷载形成惯性力，从而降低岩土边坡的抗剪能力，形成岩土边坡失去稳定性。因而针对地震形成的边坡稳定失衡的问题，许多学者提出了不同的稳定性的评价方法，目前普遍使用的稳定性的评价方法是拟静力法、动力有限元时程分析法、平均安全系数法、概率分析法以及数值方法等。
地震边坡稳定性一直是地震工程领域等的热点话题，研究地震边坡稳定性需要清楚边坡的破裂面的性质和位置。强度折减法可以对土体剪切强度和抗拉强度进行分析，实现地震对边坡的破坏机理研究。由于地震破坏研究中，采用静力分析边坡破坏，只考虑剪切破坏忽略了土体边坡拉作用。考虑到边坡的受拉作用，根据折减法对土体强度参数、剪切强度参数和抗拉强度参数进行折减公式如下：
CF=C/Fr，ΦF=tan-1（（tanφ）、Fr） （1）
σF=σt/Fr （2）
其中，CF是土体年聚力，σF是土体抗拉强度，ΦF是土体内摩擦角，Fr是强度折减系数。
公式（1）可以在施加地震波之后，使用FLAC30进行动力分析。公式（2）中逐渐增强安全系数，降低边坡上的剪切强度和抗拉强度参数，知道可以获知地震的破坏面，然后进行破坏面性质和位置的分析。从仿真实验结果可以发现，从数值分析结果可以总结地震的破坏机制不仅仅包含的是剪切破坏还有拉破坏，从单元破坏状态和剪应变增量云图可以分析破坏的吉利作用和形成。剪切破坏最先开始的是坡脚，沿着坡向上延伸，但是拉破坏相反是从坡顶向下延伸，地震的变破坏是随着时间发展的，是积累的过程。
地震边坡稳定性对我国地震研究具有重要意义，而准确评价地震边坡稳定性是实现地震研究的重要课题。准确地评价边坡稳定性需要确定地震荷载和力学参数的准确性；确定地震荷载作用下拉-剪破裂面；需要采用合理的分析方法。目前现有的方法中静力分析法简单但是不能考虑动力效果，完全动力分析方法可以弥补这一补足。因此根据完全动力分析思路，采用动力强度折减法计算地震安全系数。
4结语
边坡在地震作用下发生破坏主要体现在坡体上部的拉破坏和坡体下部的剪切破坏，地震边坡破坏机制包括风化岩质的边坡动力破坏机制和土坡动力破坏机制。此外地震边坡破坏分为静力破坏和动力破坏。地震边坡破坏是随着时间发挥发展的，是不断累积，不是突然破坏。针对地震边坡破坏研究中，忽略拉破坏的作用，许多研究者对地震波影响下的拉破坏进行了分析，最后提出了拉-剪破坏的动力时程分析法和强度折减法，并且验证了这一方法，这一方法的优点是不仅将边坡拉破坏考虑在地震边坡的稳定性研究而且提出新的评价边坡稳定性的方法，弥补了以往评价方法的不足。
参考文献
[1] 郑颖等. 边坡地震稳定性分析探讨[J]. 地震工程与工程振动, 2010, 30(2): 174-180
[2] 范汉秀. 土质边坡地震破坏机理及稳定性研究[D]. 重庆:重庆交通大学, 2012. 20-30
论文作者:韩学辉
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第20期
论文发表时间:2016/11/25
标签：动力论文; 稳定性论文; 静力论文; 机制论文; 安全系数论文; 土坡论文; 方法论文; 《低碳地产》2016年10月第20期论文;