论地震诱发滑坡地质灾害的强度评估方法

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1滑坡灾害的活动强度评估方法

地震诱发的群发性地质灾害往往点多面广、类型多样，最常见的为崩塌、滑坡和泥石流3种地质灾害。笔者主要讨论地震诱发的滑坡地质灾害的活动强度，希望能起到抛砖引玉的作用，以促进地质灾害的强度评估理论发展。

1.1能量法滑坡强度评估的原理

滑坡释放的能量是指从滑坡失稳破坏到堆积稳定这一阶段所释放的能量，该能量由两部分组成，一是地震波对滑坡体输入的能量，二是滑坡体下滑的势能。后一种能量可由E=γVH测得，其中γ为滑坡物质的重度（N/m3），V为滑坡体积（m3），H为滑坡体重心在滑动前后的垂直运动高度。然而，地震对坡体输入的能量目前还无法准确的测得，坡体失稳破坏的地震最小加速度即临界加速度目前还有待研究，失稳破坏之前地震波对坡体输入的能量亦是无法测得。因此，需要从另外一个方面考虑能量的计算。滑坡体从获得地震输入的能量启动，到最终堆积稳定，地震力和重力对坡体做正功，系统最终稳定下来，一定有一种力做负功，这种力即为摩擦力。摩擦力是一种耗散力，是非保守力的一种。耗散力是指对系统或物体做负功，而使之总机械能减少的力，耗散力做功与力使物体经过的路程有关。前面提到，摩擦力是非保守力的一种，而非保守力有一个特点：物体在有非保守力作用时，其动能和势能之和（机械能）不再守恒。滑坡在地震作用下失稳破坏到最终堆积稳定，不仅存在机械能，还包括地震能量，因此，单纯从机械能的转化来度量地质灾害释放的能量是欠妥当的。滑坡地质灾害释放能量的过程，可以分为3个阶段：第一阶段为地震输入能量在岩土体中积累形成变形能，当达到一定程度后开始沿某一方向释放变形能，当释放的能量超过岩体破裂所需的能量时，岩体发生破坏直至剪断岩土体形成滑动面的，释放的能量主要用于剪断岩土体；第二阶段为滑坡体沿滑动面剪切破坏，直至完全剪出，释放的能量主要用于克服抗滑力所做的功；第三个阶段为滑坡体在斜坡表面滑动直至堆积停止，释放的能量主要用于克服斜坡体表面的摩擦力所做的功滑坡释放能量的3个阶段，对应着不同的滑坡破坏形态。坡体在地震输入能量后，首先进行第一阶段，在第一阶段能量耗散到不足以进行到第二阶段，则坡体破坏的结果是形成不稳定斜坡；能量能够维持到第二阶段，却不足以支持第三阶段，则斜坡破坏的结果为我们常见的滑坡；能量能够维持到第三阶段，则破坏的结果为远距离滑坡。

1.2滑坡灾害强度评估方法

第一阶段释放能量：根据岩石强度的能量理论，岩石单位体积内所能储存的变形能是一常量，与应力状态无关，变形能一旦超过这一常量，材料即发生破坏。在地震波作用下，岩体逐渐储存变形能，当地震作用的能量超过岩体的变形能后，岩体发生第一阶段破坏，并逐渐释放变形所吸收的能量。此时岩体释放的能量为：210*2EVE(1)式中:E1为第一阶段释放的能量；σ为水平向应力；E0为岩土体的弹性模量，一般可取变形模量；V为滑坡体体积。第二阶段释放能量：岩土体在剪断贯通后，沿滑面在重力及地震力作用下克服抗滑力下滑，所受的摩擦力与抗滑力大小相同，摩擦力做功消耗的能量为：22EWcos-Qsintgl+cl（2）式中：E2为第二阶段释放的能量；W为坡体自重及上覆荷载之和；Q为地震力，Q=ξW,ξ为地震水平系数，结合《地质灾害防治工程勘察规范》的规定，岩质滑坡取0.05，土质滑坡取0.0125；为滑坡体滑面倾角；为滑面内摩擦角；c为滑面黏聚力；l为滑面长度。第三阶段释放的能量：滑坡体剪出后沿着斜坡表面继续向下滑动，最终堆积稳定。滑坡体的下滑力来源于坡体自重及上覆荷载沿坡面的分力，抗滑力（摩擦力）则由法向分力及摩擦系数决定，释放的能量为：3E=WcosS（3）式中：μ为坡体表面的摩擦系数；为滑坡总斜率，是滑坡运动前最高点与运动后最远点连线的斜率；S为滑坡运动斜长；其它符号同上。地震诱发的地质灾害强度以释放的能量作为度量，而释放的总能量为上述3个阶段之和，则滑坡灾害的活动强度表示为：123EEEE（4）当然，对于地震诱发的群发性滑坡地质灾害来说，每个单体灾害达到的破坏阶段不同，则相应的能量计算应区别对待。对于只达到前两个阶段的滑坡，计算时也只能计算到前两种能量；而原本已经存在的滑坡在地震作用下加剧，则计算时可能取后两个阶段。

2结论

1）地质灾害的活动强度评估在地质灾害调查与评价中具有重要的意义，尤其对地震诱发的群发地质灾害，可直观地对比不同地震诱发的地质灾害的活动强度大小。从能量的角度考虑地质灾害的活动强度，已经越来越受到关注与重视。

2）从能量的角度考虑滑坡灾害的活动强度，可分为3个阶段：第一阶段地震输入能量在岩土体中积累形成变形能，超过岩体破裂所需的能量时，岩体发生破坏并释放变形能；第二阶段滑坡体在地震力和重力的作用下沿滑面下滑，克服抗滑力释放能量；第三阶段滑坡体在重力作用下在斜坡表面下滑，克服摩擦力释放能量，最终堆积稳定。

3）采用地震滑坡实例，对能量法评估地质灾害的强度进行了初步应用，取得了一定成果。但该方法仍存在许多需完善的地方，评估结果的级别划分还需大量的实例来界定，许多参数还有待规范。相信随着能量的观点在地质灾害领域的推广，以及地质灾害强度评估的发展，这些问题将会迎刃而解。

作者：党杰陈筠杨胜元郭果单位：贵州大学资源与环境工程学院贵州省地质环境监测院