毕业设计（论文）-强震条件下反倾层状结构滑坡形成机理研究

成都理工大学毕业设计（论文）PAGEPAGE9强震条件下反倾层状结构滑坡形成机理研究作者姓名：叶小卫学号：200603040234专业：勘查技术与工程（工程地质）指导教师：赵建军【摘要】汶川地震使龙门山地区发生了大量的崩塌、滑坡等地质灾害。这些由强震诱发的滑坡与一般滑坡不同，具有体积大，海拔高（具高程效应）等特点。为了研究坡体发生破坏时的地震加速度情况，本文以石亭江流域金河磷矿处的滑坡为研究对象，在野外调查及收集前人资料的基础上，研究了滑坡区工程地质条件、岩体结构特征，分析了滑坡的变形破坏模式及形成机理，确定滑坡破坏模式为拉裂-剪断型。通过反演分析，确定在地震加速度高程放大效应下，地震水平加速度为2.97g，地震垂直加速度为1.47g大于重力加速度，判断该滑坡在地震条件下以抛射运动方式发生破坏。最后对强震区同类滑坡提出防治措施与建议。关键词：汶川地震滑坡高程效应拉裂-剪断型地震加速度

ResearchontheFormationMechanismofthecounter-inclinedLaminatedstructureLandslideunderStrongEarthquakeName:YexiaoweiStudentNo:200603040234Major:ExplorationTechniqueandEngineeringSupervisor:ZhaojianjunAbstract:Wenchuanearthquakesparkedmuchlandslideandcollapseinthelongmenshanarea.Thelandslidescausedbyearthquakeisdifferentfromgenerallandslide,havingthecharacteristicoflargesize,thehighaltitude(withaltitudeeffects).Inordertostudytheseismicaccelerationwhentheslopecollapse,thispaperstudiedtheslopeattheTingJiangbasinJinHephosphaterock.Accordingtothefieldinvestigationandpredecessors’information,westudiedtheengineeringgeologicalconditionsofthelandslideandthestructurecharacteristics,thedeformationandfailureofthelandslidemodeandtheformationmechanism,wedeterminedthatthelandslidefailuremodeisRip–cut.Throughinversionanalysis,weconfirmedthatseismiclevelaccelerationis2.97ganditsverticalaccelerationis1.47g(beinglargerthangravityacceleration)onthecaseofseismicaccelerationelevationamplificationeffect.Thelandslidecollapseinthemodeoftrajectoryinearthquakecondition.Atlast,webroughtforwardThecontrolmeasuresandsuggestionforthecongenericlandslideinthemacroseismicaKeywords:WenchuanEarthquakeLandslideHeighteffectTension-crackingtypeSeismicacceleration目录第1章前言 11.1选题依据及研究意义 11.2国内外研究现状 21.3研究内容及思路 41.3.1研究内容 41.3.2研究思路 4第2章研究区域自然地理及地质条件 62.1自然地理条件 62.1.1地理位置及交通 62.1.2气象水文 72.2研究区工程地质条件 82.2.1地形地貌 82.2.2地层岩性 92.2.3地质构造 102.2.4水文地质条件 122.2.5不良地质现象 142.2.6地震 162.2.7人类工程活动 16第3章滑坡基本特征 173.1地质结构特征 173.1.1滑坡区地质条件 173.1.2坡体结构特征 173.2滑坡形态特征 193.2.1滑坡后缘特征 203.2.2滑坡边界特征 203.3.3滑坡堆积区特征 213.3岩体结构特征 243.3.1岩体结构 243.3.2岩体结构组合分析 26第4章滑坡变形破坏模式及形成机制分析 284.1强震条件下斜坡变形破坏模式 284.2金河磷矿滑坡形成过程分析 294.3影响滑坡稳定性的主要因素 31第5章地震作用下滑坡运动过程力学模型计算分析 335.1简化滑块模型 335.2滑块参数选取 335.3滑块运动过程计算分析 355.3.1高程放大效应 355.3.2计算极限状态下地震加速度 365.3.3计算放大后的地震加速度 375.3.4滑坡力学模型计算分析 385.4小结： 38第6章强震区同类边坡防治措施与建议 396.1边坡防治原则 396.2地震边坡防治建议 39结论 41致谢 42参考文献 43第1章前言1.1选题依据及研究意义地震是触发边坡失稳的重要原因之一。大量的震害调查结果表明,地震诱发的边坡滑动是主要的地震地质灾害类型之一。在山区和丘陵地带,地震诱发的滑坡往往具有分布广、数量多和危害大的特点。例如,1994年发生在美国Northridge的6.5级地,触发了面积超过104km2的11000处滑坡,经济损失高达300亿美元;1973年发生于四川省炉霍境内7.9级地震触发了各种规模滑坡137处,滑坡面积达90km2,死亡人数2175人。2008年发生于汶川的8.0级地震，造成了滑坡3500多处，破坏道路，阻断交通，堵塞河流，形成堰塞湖，砸毁房屋，造成大量人员伤亡和经济损失。我国是一个多山地、多地震的地理地质条件不可避免地带来了大量和地震作用有关的边坡问题。地震是其触发(诱发)的因素之一。为了有效地减少人员伤亡和经济损失,减轻地震地质灾害对社会和经济的影响,对地震诱发滑坡的机理进行分析研究,具有重大的现实意义。岩土边坡在地震条件下的破坏问题日趋突出。反倾层状结构滑坡是指边坡走向与岩层走向近于平行，而倾向相反的层状边坡以滑坡变性破坏方式失稳[1]。反倾层状结构岩体边坡在露天矿边坡顶帮、水利水电边坡、公路铁路边坡中是常见的边坡结构类型。对于反倾边坡，主要的危险不是在坡脚而是在坡顶。金河磷矿属龙门山地区，龙门山脉走向北东—南西，山峰林立，沟谷纵横，坡陡谷深，地势较高，5.12汶川地震，龙门山脉山区地带发生大量的崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害，对沿线的公路、铁路、露天采矿区和水电站等设施造成很大危害。本文以金河磷矿滑坡为例，研究其在地震作用下反倾层状结构岩体的破坏模式及形成机理。该斜坡位于金河磷矿附近，位于石亭江左岸沟谷上游处，为反倾层状结构斜坡，在5.12汶川地震强大惯性力的作用下，斜坡顶整块岩体瞬间抛出，发生巨大声响。大量的滑坡实例分析表明,层状反倾边坡滑动并无明显的圆弧滑坡特征,实际上滑坡多为受结构控制的结构体滑坡。研究层状岩体结构反倾边坡的岩移机理已成为边坡设计和边坡稳定性评价的重要课题。了解该类滑坡的破坏模式与形成机理，并对在地震作用下滑坡的运动过程力学模型计算分析，对该类滑坡的防治提供理论依据。1.2国内外研究现状1．地震滑坡研究现状在国内地震滑坡研究方面,胡广韬站在动力学的角度[2],提出了高速滑坡启程剧动机理。毛彦龙等从理论上对地震滑坡的形成机理———坡体波动振荡的累进破坏效应、启动效应及启程加速效应进行了详细的分析和探讨[3]。除了对地震滑坡的内在动力学方面的研究,地震学家、地质工程学家从地震与滑坡灾害的统计分析入手,对许多倍受关注的问题,如地震震级、地震烈度及地震其它参数与地震滑坡的关系、地震引起的滑坡分布、地震滑坡与地质条件等等,做了大量的研究工作,并取得了可喜的成果。黄润秋等[4]对汶川地震产生的滑坡地质灾害形成机制分析，对地震条件下产生的地质灾害有了一定研究。国外对于地震滑坡研究仍处于探索阶段,没有进行综合性研究,其中分析地质、地形、水文等条件与地震滑坡活动程度和敏感性较少,在地震预报中忽略了地震可能诱发滑坡的时空预测问题的研究。目前美国和日本采用多种遥感和地理信息系统的手段进行地震滑坡的解译和分析,并着手建立于地震滑坡信息系统。1996年1月在欧洲议会大厦召开了欧洲地质灾害会议,第一主题就是讨论如何联合欧洲各国地学力量共同开展地震滑坡研究[5-7]。最近美国地质调查局也组织进行地震引发地面破坏分析与减灾的综合性研究。日本也因1995年神户大地震,成立了专门的地震滑坡研究会,协同全日本力量深化这一领域的研究。美国联邦地质调查局Keefer教授对滑坡与地震参数定量关系统计建立在40次大地震滑坡资料基础上开拓的重要研究。系统开展地震滑坡分类和区域规律的研究,将地震滑坡划分成3大类14亚类,提出了诱发滑坡最小震级和震级与滑坡定量的关系,加强了有关地震诱发滑坡机制的研究,着重于地面震动强度与边坡失稳关系分析,以及涉及到影响滑坡活动等有关地震参数的研究。2．反倾层状滑坡研究现状以往研究主要针对顺倾滑坡，而对反倾滑坡的岩移机理和滑坡模式研究较少。研究层状岩体结构反倾滑坡的岩移机理并提出合理的计算分析方法已成为边坡稳定性评价的重要课题。20世纪70年代，Goodman和Bray[8]首次把极限平衡法用于反倾岩质边坡稳定性评价，目前反倾岩质边坡的研究历史已有30多年，但是在整个的研究历史中，除韩贝传[9]（1999）进行影响因素理论分析、陈祖煜[10]（1995）进行反倾条件统计分析外，很少有人对反倾边坡的影响因素及发生条件进行过详细的研究，而重点则主要放在了安全评价方法的研究上。近年来，国内外通过工程实践、数值分析和室内物理模型试验等方法对反倾岩石边坡破坏模式、岩移机理等进行了研究并取得了一些成果，但这些成果具有很大的局限性。在工程领域当中，边坡设计和稳定性评价一般是基于各向同性介质理论，采用极限应力法确定近似圆弧滑面，以此作为边坡稳定性计算和设计参数选择的依据；但对于反倾边坡，主要的危险不是在坡脚而是在坡顶，用极限平衡法来研究这类边坡的稳定性是不合适的。在数值计算方面，人们通过有限元法、离散单元法等数值计算方法，对反倾边坡的变形破坏机理进行了研究，同时还研究了结构面间距及力学参数对变形的影响。但是由于边坡稳定受多方面因素影响，而各因素具有不确定性(模糊性、随机性、信息不完全性和未确定性)和复杂性，故无论是传统的确定性分析方法还是不确定性分析方法，其用于边坡稳定性评价的准确性与实际情况仍有差距[11]。在模型试验方面，由于模型试验耗时长、费用高昂，人们很少将模型试验应用于反倾边坡的研究,目前，国内外仅就层状反倾边坡在开挖过程中的位移、应力变化和变形破坏规律方面进行了研究[12]，而对反倾岩质边坡破坏的影响因素及破坏机理还没有系统的成果，在实际应用中更具有很大的局限性。因此，进一步研究反倾岩石边坡破坏的发生机理和运动机制仍然是当前边坡工程研究的重点课题。1.3研究内容及思路1.3.1研究内容本文主要是对滑坡在工程地质条件研究的基础上，对其进行形成机制及破坏模式分析。前期主要是对滑坡进行了野外实地调查，在结合现有资料的基础上收集了与论文相关的现场资料，诸如地震发生前后坡体结构特征，变形破坏现象，堆积体的组成特点等。在室内工作阶段，参照相关文献及资料对滑坡在强震作用下的变形破坏模式及形成机制研究并对滑坡在地震条件下的运动过程计算分析，最后结合工程本身特点给出了该类滑坡的防治措施建议。本文研究的内容主要包括以下几方面:(l)在现场调研和资料收集的基础上，对研究区内工程地质条件进行分析；(2)对滑坡的形态、坡体结构和岩体结构特征进行分析；(3)分析在强震作用下滑坡破坏模式、形成机理及影响边坡稳定性的因素；(4)运用影响边坡稳定性的主要因素、对地震时反倾层状结构滑坡运动过程计算分析，分析地震加速度的高程放大效应对滑坡运动过程的的影响；(5)提出强震区同类地震边坡的防治措施和建议。1.3.2研究思路本文是以金河磷矿滑坡为研究对象。研究思路为对该滑坡进行工程地质勘察及破坏模式、形成机制的分析，提出该类滑坡相应的防治和施工建议。根据研究内容，本文所采用的研究思路及技术路线见图1-1。现场调查及资料收集现场调查及资料收集自然地理条件工程地质条件地理位置及交通气象水文地形地貌地层岩性地质构造水文地质条件不良地质现象地震人类工程活动滑坡形态特征地质结构特征岩体结构特征变形破坏模式及形成机理变形破坏模式分析形成过程分析影响滑坡稳定性因素分析地震条件下滑坡运动过程计算分析简化滑块模型参数选取滑块运动过程计算分析强震区同类边坡防治与建议图1-1本文研究思路及技术路线图

第2章研究区域自然地理及地质条件2.1自然地理条件2.1.1地理位置及交通什邡市位于四川盆地西北部，德阳市西南部，成都市西北部之间，距成都市60公里、德阳市20公里。南距成都市50km余，以其资源丰富、环境优越，素有“川西明珠”的美誉。全市幅员864平方公里，辖20镇，2004年总人口43万人（图2-1）。金河磷矿距红白镇7.5公里，距什邡市44.6公里。金河磷矿滑坡位于采矿区左上方50米左右。图2-1金河磷矿滑坡交通位置图2.1.2气象水文一、气象条件什邡属于亚热带湿润气候区，特点为夏雨冬阴，云雾多，日照少，年温差不太大的暖温环境，年平均气温在13°—17°之间。由于它位于龙门山麓，平坝和山区属于两种不同的气候带类型，平坝区为盆西气候带类型，气候温和、雨量充沛、日照偏少，四季分明，常年年平均气温为15.9℃高低相差约15℃—

16℃之间。山区属温湿森林气候带，特点是冬季长，夏季短。全年年平均气温在14.9℃以下，温度低于10℃的全年有140天，夏季凉爽，温度在22℃以上者全年仅有10天左右，全年的平均气温14.9℃以下。二、水文图2-2研究区水系图研究区主要河流为石亭江，位于成都平原西北部，石亭江流域处于龙门山中段,地质构造复杂,褶皱断裂发育,岩石破碎,地质环境稳定性差,地质灾害频繁。崩塌体及泥石流发生段若干,每至山洪暴发,必然引起地质灾害和水土流失。石亭江在市境内有87公里，高景关以上称洛水，以下称石亭江，长29.5公里。河的源头为九顶山东侧的二道金河（洛水）和头道金河（章水），江水流至金堂赵镇入沱江，再由沪州汇入长江。鸭子河在市境内23.5公里，源于什邡、彭州交界山区。从彭州流入什邡再至广汉。小石河、马牧河、斑鸠河都在市境内汇入鸭子河（图2-2）。2.2研究区工程地质条件2.2.1地形地貌什邡自南向北海拔逐渐升高，由平原地貌进入高山沟谷切割的龙门山山前中高山地貌单元。山体雄厚，坡度一般大于35°，高差200～1000m。区域内河谷深切成“U”形谷。河流整体成“S”形弯曲，河谷宽度30～100m，河床高程820-850米石石亭江图2-3金河磷矿滑坡地形地貌图2.2.2地层岩性研究区地层属龙门山分区，主要出露第四系堆积物以及三叠系上统须家河组（T3X1）、三叠系中统天井山组（T2t）、三叠系中统嘉陵江+雷口坡组（T2j+l）、三叠系下统飞仙关+铜街子组（T1f+t）、二叠系上统（P2）、泥盆系上统唐王寨组（D3tn），区内各层岩性由新至老分述如下：研究区地表覆盖的松散堆积物主要有第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）、崩坡积层（Q4col+dl）粉质粘土、碎石、块石土，冲洪积层（Q第四系残坡积层（Q4dl+el黄褐色、灰色、深灰色，主要成份为碎块石土，堆积物结构松散～中密，石质主要为砂岩、灰岩、白云岩等，呈棱角状，碎石粒径一般为20～200mm，含量约占65%～80%；偶见块径较大的块石，其余为角砾，及粉质粘土充填。主要分布在斜坡坡脚、陡坡、陡崖下及其河谷地带，土层厚度一般5～20m。第四系全新统崩坡积层（Q4col+dl黄褐色，灰色，深灰色，主要成份为块石、碎石土，呈散体状，石质成分主要以石灰岩、白云岩、砂岩为主，呈棱角状，不规则排列。块石含量约占50%～60%，块径一般为200～800mm，最大达4～7m左右，其间由角砾、粉质粘土充填，主要分布在陡坡、陡崖下。土层厚度一般4～15m。第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）：主要分布在雎水河及其支流的两侧，多以漂石、卵石为主，在其支流、其小冲沟及河流上游两侧多以卵石、圆砾为主。河谷中阶地上部多有粉质粘土、粉土及砂土，下部为漂石、卵石、圆砾层及少量砂层。三叠系上统须家河组（T3x1）：灰、灰黄色砂岩、粉砂岩、泥岩、碳质页岩及煤层的旋回层；底部有厚度约0.5m的硅质细砂岩，局部有透镜状的小构造岩。三叠系中统天井山组（T2t）：上部灰白、深灰色夹灰绿色及粉红色中－厚层状石灰岩、夹燧石结核；中部夹生物碎屑灰岩；下部假白云质灰岩和灰质白云岩。三叠系中统嘉陵江+雷口坡组（T2j+l）：浅灰、灰黄色薄-厚层状白云岩，夹灰岩和白云质灰岩及少量泥质灰岩，局部地区见角砾岩数层，下部含膏盐。三叠系下统飞仙关+铜街子组（T1f+t上部为紫红色、紫灰色页岩、灰质泥岩和粉砂岩，偶夹白云岩；中部为暗紫红色泥岩，与紫红、黄绿色泥质灰岩，间夹鲕状灰岩；下部粉砂岩与灰色中层白云质灰岩互层，夹灰岩、腼状灰岩。二叠系上统P2：深灰、灰黑色中厚层状灰岩、生物碎屑灰岩夹燧石条带，中下部常夹黑色炭质页岩、粘土、煤层和煤线。上部煤层和黑色炭质页岩及油页岩透镜体，含黄铁矿星散体。泥盆系上统唐王寨群D3tn：下部白云岩夹白云质灰岩,上部浅灰色薄-厚层状白云岩夹灰白色较纯灰岩，局部具有鲕状或假鲕状结构。2.2.3地质构造研究区属龙门山脉九顶山系，呈NE-SW走向。什邡处于龙门山地槽边缘拗陷带中南段之什邡——绵竹复式褶皱带，由于远古地壳的强烈运动，给什邡留下了如二迭系石灰岩山体从数十公里以外漂来的飞来峰和深逾千米的大峡谷等地质奇观；铸成了高峻山岳和奇特的地形地貌的巧合，形成奇特壮美的天象景观，古地质作用造化了雄奇的险峰，峰林、断崖、峡谷及冰川遗貌。龙门山经轿壁山入什邡境内，海拔全在4000米以上，山行至南天门与彭州北部山区交界，一分支出脊折向东南经4500多米的长年峰再往东至亮卡，南折即蓥华山。蓥华山西北全是崇山峻岭，属高山草甸区，东南重峦叠嶂，蜿蜒没入平坝。龙门山推覆褶断带主要由边缘断裂（前山断裂或称灌县-江油断裂）、中央断裂（或称映秀-北川断裂）、后山断裂等三条NE向断裂束及一系列褶皱推覆构造组成[14]。（1）中央断裂-隆起带（九顶山中间隆起）：构成中央断裂-隆起带（九顶山中间隆起）构造主体的是龙门山主中央断裂带。断裂带西南始于泸定附近，向北东延伸经盐井、映秀、太平、北川、南坝、茶坝插入陕西境内与勉县-阳平关断裂相交，斜贯整个龙门山，长达500余km。断裂带由北川-茶坝-林庵寺断裂、北川--映秀断裂、盐井-五龙断裂组成，总体走向N35--35°E，倾向NW，倾角60°左右，由数条次级逆断层组成叠瓦式构造带。其构造变动主要表现为，元古代九顶山杂岩体、下震旦统和上古生界~中、下三叠统向南东逆冲于上三叠统须家河组（T3x）之上，并在其东南侧发育了一系列飞来峰构造；沿断裂带主要发育有断层角砾岩、碎裂岩等代表脆性变形的断层岩类，局部可见碳酸盐糜棱岩，表现出脆--韧性过渡的特征。映秀--北川逆断裂是龙门山中央隆起带与南东侧中低山区的分界线，控制着区域地貌的分布。具已有的研究资料推断，该断裂历史平均垂向滑动速率约为1mm/a。龙门山主中央断裂带以北川-太平场一段最为强烈。（2）后龙门山褶皱带：断裂带西南端在泸定冷碛附近与南北向的大渡河断裂相交，向北东经陇东、鱼子溪、耿达、草坡、汶川、茂汶、平武、青川插入陕西境内，延伸500余公里。由青川--平武断裂、茂县--汶川和耿达--陇东断裂等组成。（3）前龙门山褶皱带：晚古生代（包括三迭纪）沉降中心。特别是泥盆纪——石炭纪下陷最强烈。印支运动和燕山运动使地层发生全形褶皱和剧烈的断裂，形成一系列“迭瓦式逆掩-推覆断裂”。本次所研究区100km范围内，位于龙门山中央断裂和前山断裂之间，出露断层F2，构造运动强烈，褶皱发育。沿着滑坡主方向280°切剖面，发育一个小背斜，背斜北西翼产状为N20°E/NW∠25°，北东翼为N10°W/NE∠20°。该研究区域地质构造图如图2-4所示，区域地质剖面图如图2-5所示。图2-4研究区域地质构造图2.2.4水文地质条件受地层岩性、地质构造、地形地貌及气象、水文等因素的影响和控制，研究区内地下水按赋存状态分为第四系松散层孔隙潜水和风化基岩裂隙水两类。第四系孔隙水：主要赋存于第四系松散介质中，岸坡地表覆盖层以碎块石和粉质粘土为主，粘土中粘粒含量较低，其含水性和透水性均较好。主要接受大气降水补给，部分以坡面径流形式排泄，流入石亭江中，少量渗入下部基岩。风化基岩裂隙水：崩塌危岩体风化强烈，节理、裂隙十分发育，基岩风化裂隙水是崩塌危岩区地下水的主要赋存形式，大气降水则为其主要的补给源。由于崩塌危岩体顶部裂隙较为发育，其地表很难形成坡面流，大量雨水渗入地下，使地表土、风化土处于饱和状态，一方面使岩土体的剪切强度降低，另一方面加重了岩土体的自重引起重力崩落。图2-5研究区域地质剖面图2.2.5不良地质现象1．滑坡上游小型崩塌该小型崩塌距离金河磷矿反倾层状结构滑坡50m左右。横向长为60m，纵向长为100m，崩塌区两侧植被发育茂盛（图2-6）。崩塌壁约30m高，陡立，节理、裂隙发育，目前处于前稳定状态，随时有块石从后壁物源区崩落。崩塌后缘壁崩塌后缘壁堆积区采矿洞碎块石成架空状态图2-6滑坡外围小型崩塌全貌图崩塌在坡脚形成明显的倒石锥，崩塌区内碎块石成架空现象，挤密度小，在多雨期易使崩塌堆积区下方采磷矿洞口造成破坏。2．金河磷矿老滑坡该老滑坡位于金河磷矿反倾层状结构滑坡对面（图2-7），老滑坡发生于90年代，堆积体上已覆盖少许植被。5.12地震时该老滑坡局部发生过滑动。该老滑坡滑源区呈圈椅状，滑坡前缘形成一个大平台，滑坡体内堆积大量碎块石。在暴雨及强降雨或余震作用下，该老滑坡体和金河磷矿反倾层状结构滑坡体内大量物源，易形成泥石流危及下方磷矿洞和居民生活区（图2-8）。 老滑坡体老滑坡体金河磷矿滑坡矿渣体采磷矿洞图2-7老滑坡体与金河磷矿滑坡位置下方居民下方居民生活区矿渣体图2-8滑坡体下方居民生活区图3．小梅子林滑坡该滑坡位于红松一级电站对面，地震时，滑坡滑下，掩埋广汉至岳家山铁路，堵塞河道形成堰塞湖，同时对岸红松电站也被摧毁。后经爆破河流恢复通畅，铁路也改线，沿线斜坡被放破，架设防护网。这一地区在地质历史时期就运动强烈，河两岸曾发生过大的崩滑，堵塞河道，又来地壳上升,河流下切，切穿崩、坡积物，基岩出露。在5.12地震作用下，滑坡再次发生，堵塞河道，摧毁红松电站，形成堰塞湖。2.2.6地震2008年5月5.12汶川地震时研究区地震烈度为Ⅸ度，是地震高烈度区，使该研究区内形成了大量滑坡、崩塌，地形地貌有了很大的改变。所形成的滑坡、崩塌其规模较大，多为岩质边坡。基岩裂隙较发育，大多斜坡岩体处于欠稳定状态，在强降雨及暴雨条件下极易再次发生滑动。2.2.7人类工程活动该滑坡范围附近人类工程活动较频繁，对斜坡地形和原始应力由很大改变。在该滑坡堆积体Ⅰ区与Ⅱ区分界的基岩出露处及下游侧壁各有一采空洞和下游有一采磷矿洞口，该处基岩节理裂隙发育，采矿洞的开采使岩体发生卸荷回弹，岩体下方临空，卸荷裂隙的发展对斜坡的稳定性有一定的影响（图2-9）。开采磷矿随时有人工爆破，爆破引起山体震动，使滑坡岩体震裂松动，岩体节理裂隙逐渐发育贯通，易形成危岩体。图2-9滑坡下游外围区的采磷矿洞口

第3章滑坡基本特征3.1地质结构特征3.1.1滑坡区地质条件1．地形地貌滑坡所处部位河段弯曲，正对转弯处河流左岸上方沟谷右侧，石亭江该段河流两旁堆积平台上为居民生活区，两岸坡形均较陡。地形起伏较大，自坡顶向下发育数条冲沟。该滑坡坡脚下堆积体处高程为1080m，坡度为40~50°之间。2008年该斜坡上部岩体发生抛射式滑动，坡脚堆积了大量碎块石。该滑坡对面为一老滑坡，滑坡堆积体上可见少量植被，在5.12地震及余震的影响下，局部发生再次滑动。2．地层岩性结构滑坡滑动前，斜坡表部植被茂盛，坡体顶部基岩风化严重，节理裂隙发育，随时有碎块石危岩从山顶掉下滚落于坡脚处。斜坡地层岩性为第四系坡积物层及三叠系中统嘉陵江+雷口坡组（T1j+l），浅灰、灰黄色薄-厚层状白云岩，夹灰岩和白云质灰岩及少量泥质灰岩，地层产状为N70°E/NW∠30°，岩层缓倾坡内。现今，斜坡内可见大量滑动堆积物，碎块石覆盖量较大，块石堆积于坡脚下，棱次分明，分选性好。3．地质构造该滑坡区地质构造较简单，单一褶皱构造。4．水文地质条件滑坡区内地下水分为第四系松散层孔隙潜水和风化基岩裂隙水两类。3.1.2坡体结构特征地震前，该斜坡为一自然斜坡，原始坡形较陡，植被发育，上部岩体节理裂隙发育，发育两组节理裂隙：节理J1：N35°W/SW∠72°，节理J2:N10°E/SE∠50°。斜坡原始地形剖面图如下图3－1所示。地震发生后，金河磷矿滑坡横向长度为250m，纵向长度为180米，堆积体最大厚度10~15m。滑坡后斜坡坡角大约为40~50度，滑坡主方向为280度。该滑坡岩层为缓倾坡内的层状结构，比斜坡坡度较缓，在坡体上发育数条冲沟，有水流流过的干痕迹。岩体风化严重，节理裂隙发育。地震后形成的地形剖面图见图3-2所示。图3-1原始地形剖面图图3－2地震后滑坡剖面图3.2滑坡形态特征ⅡⅡ区Ⅰ区Ⅲ区滑坡后缘壁沟道小路图3-3金河磷矿滑坡全景分区图该滑坡大致呈圆弧状形态，横向长260m，纵向长为180m，堆积物长约300m，滑坡体积为6.743×104m。滑坡脚下高程为1080米，坐标为：N31°26’06.6”，E104°01’28.8”。金河磷矿滑坡位于采矿区左上方50米左右。滑坡下方滑坡后缘滑坡后缘堆积区图3-4金河磷矿滑坡右侧形态图300米处为居民生活区。滑坡形成后缘壁高约50~60m，滑坡山顶与石亭江的高程差为350m左右。5.12地震时，斜坡坡顶上部岩体在强地震作用下从滑源区突然近水平或斜向上抛出，在空中运动一段距离后落地解体并堆积在山体坡脚和近坡脚处。掩埋坡脚下小路，并对右斜侧下方采磷矿洞造成一定影响，在后期余震及降雨的条件影响下，残留的不稳定岩体不断发生崩塌堆积于坡脚。而且，该区地形较陡，碎块石堆积物源丰富，在强降雨及余震作用下，很可能发育成泥石流，堵塞下方石亭江河道，威胁下方居民生活区及采矿区。3.2.1滑坡后缘特征滑坡后缘可见高50m的基岩出露，节理裂隙发育。层理面产状：N70°W/NE∠30°，主要发育三节理：节理J1：N35°W/SW∠72°，节理J2:N10°E/SE∠50°和节理J3：SN/E∠近直立。图3－5滑坡后缘形态特征图3－6后缘左侧形态特征3.2.2滑坡边界特征滑坡侧壁以右侧形态较为突出，该侧壁从坡脚延伸至坡顶，贯穿整个滑坡右侧。侧壁可见高度为10~20m，基岩节理裂隙非常发育，可见层理面和结构面。区内偶尔可见未被破坏的基岩突出的孤立体。在滑坡下游侧壁半山坡边缘处可见一采磷矿洞。磷矿洞磷矿洞图3-7基岩突出的未被破坏的孤立体图3-8下游侧壁形态3.3.3滑坡堆积区特征金河磷矿滑坡堆积区分三个区，Ⅰ区为主滑坡堆积区，各区基本形态如下图所示。滑坡区内由大量碎块石组成，在坡脚形成三个大的堆积区，堆积区碎块石分选性好，从坡脚往上块石粒径由大变小，堆积区域贯穿整个滑坡区范围。在堆积区与堆积区过渡区有基岩出露，基岩节理发育，发育少量植被，基岩上堆积由大块石危岩。图3-9金河磷矿滑坡立面图ⅡⅡ区Ⅰ区Ⅲ区滑坡后缘壁图3-10金河磷矿滑坡分区图堆积Ⅰ区：该堆积区横向长为140m，纵向长为180m，为主堆积破坏区。该区中部出露横向长为15m，纵向长为30m的基岩，节理、裂隙发育。岩体破碎，松动，无植被覆盖。该区与Ⅲ区交界处为基岩出露，纵向长为30m，横向长为18m，其余基本情况同该与Ⅱ区交界处。在该区内发育有几条冲沟。（1）区内堆积物分选性好，在坡脚往上40m为碎块石堆积区，块石粒径为5cm~2.5m；往上依次，40~110m为小碎块石及粉状块石，粒径为0.1cm~3cm；再往上为粘土及少量粉状碎块石。从该堆积物形态可以看出：5.12地震后，在余震及暴雨条件下该区内堆积物仍发生过多滑动，形成明显分带现象。在该区的右侧相对于该去的左侧，我们可以看出，右侧主要以滑动为主。该区右侧坡脚下由于无支挡，在坡脚以下顺着斜坡距离100m内滚落堆积大量碎块石，块径为2~5m左右。（图3-11）ⅠⅠ区堆积物分选性好，在坡脚往上40m为碎块石堆积区，块石粒径为5cm~2.5m；往上依次40~110m为小碎块石及粉状块石，粒径为0.1cm~3cm；再往上为粘土及少量粉状碎块石。一区碎块石一区碎块石堆积物向下滚落现象图3-11Ⅰ区堆积物特征（2）该区与Ⅱ区交界处为基岩出露，基岩风化严重，岩体结构面发育，节理裂隙几乎贯穿整块基岩出露面，有少量植被覆盖。岩石松动，破碎，在该点可见一堆悬空危岩，在暴雨条件下，岩体可能崩塌滑落，处于欠稳定状态。滑坡一二区过渡带基岩出露区有一矿洞洞口（采空区）。采空洞采空洞危岩图3-12Ⅰ区与Ⅱ区分界处基岩出露现象堆积Ⅱ区：该区横向长为60m，纵向长为160m。堆积区内含大量碎块石，块石块径较大。20cm~1m的碎块石占50%~60%、3cm~20cm占20%，大于1m的占10%，粘土及粉质块石占10%~20%。堆积杂乱，块石多棱角，分选性较好，从上至坡脚块石粒径逐渐增大。图3-13堆积Ⅱ区碎块石含量比例图堆积Ⅲ区:该区横向长为50m，纵向长为170m。该区主以滑动，由于该区内不具备堆积条件，大量碎块石滑到下方公路两旁外，堆积现象不明显，只在坡上停留少量崩积物。在坡内依稀可见层理面，层理面基岩破碎，节理发育。无支挡，滑坡堆积物滚落到无支挡，滑坡堆积物滚落到下方小路两旁采矿洞采矿洞图3-14滑坡堆积Ⅲ区基本特征3.3岩体结构特征3.3.1岩体结构在野外对滑坡区后缘结构面调查统计，可知岩体发育三组结构面：节理J1：N35°W/SW∠72°、节理J2：N10°E/SE∠50°和节理J3：SN/E∠近直立。该岩体层面C产状为N70°W/NE∠30，该滑坡体坡体倾向为280°，坡角为45°。从结构面的产状、规模、形状、密集程度、张开度、充填（或胶结）等情况描述各组结构面特征，其基本情况见表3-1，岩体结构组合特征见图3-15。表3-1滑坡区结构面野外调查统计表结构面产状描述层面CN70°W/NE∠30°T1j+l组白云岩夹少量泥质灰岩，缓倾坡内，层面光滑、平直节理J1N35°W/SW∠72°近垂直于坡面，张开度约1~3cm，泥质充填，延伸长度为50~2m，间距为50cm左右，较平直，粗糙节理J2N10°E/SE∠50°倾向与坡面倾向相反，张开度为0.5~1cm，延伸长度为20~50cm，间距为5~20cm节理J3SN/E∠近直立倾坡内，张开度为0.5~0.7cm，泥质充填，延伸长度为30cm图3-15岩体结构组合特征根据工程岩土学[13]，结构面是岩体的重要组成部分，结构面的发育程度、密度、粗糙度、填充程度、连续性等特征，对岩体的强度有很大影响。一般来说，结构面发育愈密集，岩体的完整性愈差，岩体的充填越弱，则岩体的力学性质较差。岩体结构面延续性及结构面间距分级见表3-2、3-3。表3-2结构面延续性分级表描述迹长（m）描述迹长（m）延续很差的<1延续性好的10～20延续差的1～3延续性很好的>20中等延续的3～10表3-3结构面间距分级表描述间距(mm)描述间距(mm)极密集的间距<20宽的间距600～2000很密的间距20～60很宽的间距2000～6000密集的间距60～200极宽的间距>6000中等的间距200～600根据以上标准对结构面的分级，节理J1的连续性差，间距为50cm，为很密的间距；节理J2与节理J3延伸都小于1m，说明两组节理裂隙的连续性很低。间距为5-20cm，为极密的间距。且节理J2与节理J3的产状和基本特征一致，可判定为同一组节理，故把节理J2和J3归为一组节理，为节理J2。3.3.2岩体结构组合分析大量的工程地质实践表明，岩体中赋存的软弱结构面及其组合情况对边坡稳定性有决定性的影响。因此，岩体中软弱结构面的空间组合关系，结构体形状和大小，相对于边坡可能产生滑动的边界条件和方向的解析是边坡稳定性分析的首要步骤。本文对岩体结构面分析我们主要采用图解法对岩体结构面组合特征进行分析。该滑坡区岩体我们采用赤平投影图的方法对结构面分析。两组主要结构面与坡面和岩层面的组合关系如图3-16所示。图3-16结构面与坡面和岩层面的赤平投影图（上半球投影）从上图我们可以看出，岩层面C缓倾坡内，J2与坡面倾向相反，J1倾向坡外。对结构面进行空间组合关系图解分析，我们可以看出，三组结构面空间组合在赤平投影图上，有三条交线，分别为oa，ob和om，在投影图上也有相应的三个交点a、b、m，根据每个交点的投影位置，可做出岩体结构稳定性的判断。岩体中结构面或组合交线的倾向方向与边坡坡面倾向一致，但它们的倾角小于边坡角，在这种情况下，斜坡处于不稳定状态。交点b、m落在斜坡投影线的对侧，说明组合交线ob、om的倾向与边坡的倾向相反对斜坡稳定性无影响，属稳定结构；交点a落在坡面投影线的外侧，oa线的产状为319°∠17°。说明节理J1与层面C的组合交线oa的倾角是小于边坡角的，根据岩体结构类型，判断该滑坡后缘岩体为不稳定结构组合状态，可能使斜坡发生破坏。当然，不稳定结构只表明岩体有产生滑动的可能，并不表示边坡岩体一定要滑动，这是因为结构面之间还有摩擦力之故。所以不稳定结构是否会产生滑动，还必须要通过力学分析最终确定。

第4章滑坡变形破坏模式及形成机制分析4.1强震条件下斜坡变形破坏模式根据黄润秋等人的研究表明[4]，5.12汶川地震所形成的滑坡变形破化模式为拉裂—顺走向滑移型、拉裂—顺层（倾向）滑移型、拉裂—水平滑移型、拉裂—水平滑移型、拉裂—剪断滑移型五种类型，其各类模式如下表所示：表4-15.12汶川地震所形成的滑坡变性破坏方式【4】类型形成条件基本特征拉裂—顺走向滑移型缓-中缓倾坡内的层状岩体；坡内发育两组分别与岩层走向和倾向近于平行的陡倾长大结构面，在斜坡踢得某一侧具有较好的临空条件强震作用下，斜坡岩体追踪顺倾向方向的陡倾结构面产生后缘拉裂面，沿岩层走向临空条件较好的一侧发生滑动。拉裂—顺层（倾向）滑移型中—陡倾角的顺层斜坡在地震强大的惯性力作用下，斜坡中上段岩体沿顺层软弱面产生拉裂变形，使该面大部分内聚力丧失，随后在地震动力的持续作用下沿该拉裂面发生高速顺层滑动。拉裂—水平滑移型近水平缓倾坡外的基岩斜坡在地震力作用下，斜坡后缘产生陡倾坡外的深大拉裂缝，岩体沿此面整体滑出。滑坡一般出露于斜坡中上部，滑源区下部一般为一陡坎，滑体以一定出速度水平滑出后，往往会越过陡坎作一段距离的临空飞跃，呈现出水平抛射特点。拉裂—散体滑移型由灰岩、花岗岩等硬岩组成的斜坡岩体被多组结构面切割成块体地震力作用下，斜坡浅表层的块状岩体震裂松动，进而在持续的地震动力作用下逐渐散体，直至最后成散体状真题滑动失稳。拉裂—剪断滑移型反倾坡内的层状结构斜坡或块状结构斜坡在地震力作用下，斜坡后缘产生陡倾坡外的结构面深大拉裂面，进一步地震动力作用使深大拉裂缝底部产生拉裂和剪切滑移变形，形成切层滑移面，并最终沿此面滑移失稳。根据本次调查结果，结合本次研究的滑坡，我们可以判断金河磷矿滑坡属于拉裂—剪断破坏方式。主要表现为：以拉裂破坏为主，只在拉裂面底端以剪切破坏为主；滑坡岩体后缘形成深大拉裂缝，拉裂面深大陡直，裂面粗糙，力学上显张性；地震力作用下整块岩体从斜坡山顶抛出。图4-1地震作用下斜坡动力过程图4-2重力作用下斜坡动力过程我们从图4-1,4-2可以看出，该类滑坡与重力作用下形成的滑坡不同，在重力作用下，滑坡以剪切滑移为主，其坡顶小段拉裂面，由于受剪切力的作用，往下则光滑，成弧形的剪裂面；表4-2地震作用下与重力作用下滑坡破坏的比较特征类型地震作用重力作用破坏方式拉裂为主剪切为主拉裂缝大小深大微小裂面特征粗糙光滑滑面陡坎弧形滑坡后缘壁陡直，无明显擦痕台阶状，有明显擦痕堆积特征松散堆积堆积较密4.2金河磷矿滑坡形成过程分析该滑坡属拉裂—剪断运动型滑坡。地震时，在滑坡后缘出现沿一组陡深直立的结构面形成深大拉裂面，进一步持续的地震力作用下深大拉裂缝底端产生剪切变形，在节理裂隙贯通后，斜坡上部岩体脱离母体瞬间，发出较大响声。滑坡体从滑源区短暂滑动后，突然水平或斜向上抛出，在空中滑翔一段距离（几米至数十米）后，向斜坡面低处俯冲着陆，强烈碰撞解体，转变为碎屑流向坡脚下运动[4,15]。该滑坡形成过程（见图4-3、4-4所示）分四个阶段：1.岩体震裂松动阶段：斜坡上部基岩风化严重，节理裂隙发育，在地震力S波和P波共同放大作用下，后缘开始出现拉张裂隙，斜坡后缘表层岩体沿结构面逐渐贯通，形成深大拉张裂缝，在持续地震力作用下，拉裂缝底端产生剪切变形，形成滑移面，节理裂隙贯通（见图4-3（a））。2.启动抛射运动阶段：滑坡体脱离母岩，发出巨大声响，并以一定的水平速度突然向外（水平或斜向上）抛出，在空中滑行一定距离。（见图4-3（b））。（a）震裂松动阶段（b）抛射运动阶段图4-3滑坡形成演变过程图（1）3.落地解体阶段滑坡体以巨大的势能转化为动能碰撞在斜坡坡面上，着地后并发生解体（见图4-4（c））。4．继续向前运动堆积阶段：解体后的碎屑流继续向坡前运动，运动一段距离后堆积于坡脚下，并掩埋了下方小路（见图4-4（d））。（c）落地解体阶段（d）继续运动堆积阶段图4-5滑坡形成演变过程图（2）4.3影响滑坡稳定性的主要因素1．地形地貌该滑坡发生于陡峭的坡体上部，研究表明[16]：在地震作用下，斜坡上部岩体的地震加速度可以放大，水平加速度可以增加到谷底的2～3倍，易对斜坡产生变性破坏。2．岩体结构面组合特征由4.3节对岩体结构面组合特征分析，我们可以知道，滑坡后缘岩体结构面组合情况下存在不稳定结构组合状态，潜在不稳定。3．风化卸荷该滑坡为反倾层状结构岩质滑坡，坡岸顶部岩体在长年累月风化作用下，岩体节理裂隙发育，岩体碎裂松动，卸荷回弹，产生了拉裂缝，再加上水的入渗，大大降低了岩体强度。4．地震该区地震烈度较高，地震烈度大于Ⅸ度．地震水平及垂直加速度都有放大效应，使岩体节理裂隙贯通，产生拉裂缝，坡顶大块岩体被地震强大惯性力作用下发生滑动破坏。地震波由于其波动特性，其振幅与频率对坡体地震动力响应有十分大的影响作用。一般来说振幅越大，坡体的变形破坏也越严重。在一定范围内，振动的频率也高，坡体发生高频振动也越严重，但必须要考虑坡体的固有频率的大小。根据动力学原理，当荷载频率与坡体的固有频率相同时，将会发生共振现象。对于地震力的方向的影响作用，以往的研究认为垂直地震力的作用小于水平地震力的作用。当水平地震力的方向与坡面相同时，地震力的作用最显著。5．人类工程活动在滑坡区内可见采空洞，使斜坡内部岩体卸荷回弹，基岩节理裂隙发育，岩体下方临空，卸荷裂隙的发展对斜坡的稳定性有一定的影响。开采磷矿随时有人工爆破，爆破引起山体震动，使岩体震裂松动，岩体节理裂隙逐渐发育贯通，易形成危岩体。

第5章地震作用下滑坡运动过程力学模型计算分析5.1简化滑块模型图5-1滑坡块体简化计算模型本文所讨论的滑坡破坏模式为拉裂—剪断型滑坡。滑坡主要在地震力作用下，坡体后缘产生拉裂缝，岩体结构面贯通，在底端产生拉裂和剪切滑移变形，形成切层滑移面，并最终沿此面滑移失稳。首先斜坡产生拉裂缝一直贯穿到滑块底面，当滑块底部发生剪切时，整个滑块与斜坡未发生破坏的接触面上已经不存在力的作用，此时在地震的作用下，滑块可发生抛射滑动，为了更准确说明其运动过程，对其破坏过程定量分析，本次简化其计算模型：1）该抛射运动的整块岩体可简化为图5-1的模型。2）假定其垂直及水平向峰值加速度均以相同倍值放大。3）我们从4.1节分析可知岩体潜在不稳定结构面为层面C与节理J1的交线oa，oa为倾坡外的结构面，倾角为17°，而滑动面的几何形状是受结构面产状控制的。故取滑块底面倾坡外17°。对该滑块模型几何参数进行计算如下：已知滑块的厚h=50m，岩体的底面倾角为30，滑块的重心距底面距离h1=22m。滑块体积：V=6.743×104m3滑块的底面面积s=6.743×104/22=3.07×103m5.2滑块参数选取根据震后对斜坡结构调查，并参考水利水电部门[17]的《岩石力学参数手册》的原位测试结果、《工程岩体分级标准》GB50218-94、《工程岩体分级标准条文》及运用工程地质类比法，对其岩桥和结构面的物理力学参数进行选取。在滑块进行脱离抛射时，我们主要考虑滑块底面的抗剪段强度，其中内摩擦角φ及内聚力为为岩桥和结构面的综合值。对于岩桥，确定的抗剪断参数φ1=53°，C1=2.20Mpa;对于结构面，确定的抗剪断参数为φ2=25°，C2=0.10Mpa;野外实际调查分析，取岩体的连通率n=60%，对其综合取值内聚力和内摩擦角：tanφ=ntanφ1+（1-n）tanφ2=0.6×tan53°+（1-0.6）×tan25°=0.9845，即φ=44.5°C=0.6C1+0.4C1=0.6×2.20+0.4×0.10=1.36Mpa表5-1岩体物理力学参数选取表指标密度ρ（g/cm3）抗剪断强度弹性模量（Gpa）泊松比μ抗拉强度（Mpa）内摩擦角φ（°）内聚力C（Mpa）岩体2.7544.51.36450.220.8根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）中的的特征周期表及地震影响曲线。特征周期应根据场地类别和设计地震分组按表5-2采用，计算89度罕遇地震作用时，特征周期应增加0.05s。表5-2地震特征周期值（s）设计地震分组场地类别ⅠⅡⅢⅣ第一组0.250.350.450.65第二组50.75第三组0.350.450.650.9取地震力单次作用时间为地震特征周期的5倍[15]，汶川地震发震区属设计地震分组的第一组，该区为Ⅱ类场地，因此特征周期为0.35s，由于该区地震烈度为Ⅸ度，该区的特征周期取0.40s。故可取地震力作用于块体直接接触时间T=5×0.40=2.0s。由汶川地震烈度分布图可知，该滑坡处于地震烈度Ⅸ度区，取地震时最大地震动峰值加速度为a峰=0.4g。5.3滑块运动过程计算分析5.3.1高程放大效应边坡的高程放大效应是由于边坡自由面的反射作用形成的;1971年美国Davisetal.在SanFernando地震的余震测量中发现山顶的地震加速度比山脚成倍地增长[18]；国外卡格尔山山上和山脚两点的强余震速度观测记发现，山顶上地震持续时间显著增长，放大效应显著，并且位移、速度、加速度三量的放大效应不同；高野秀夫斜坡地震效应的观测结果表明：斜坡上的地震烈度相对于谷底约增加1度左右，在角度超过15°的圆锥状山体的上部点位移幅值与下部点相比，局部谱段位移增加高达7倍[19]；王存玉[20]等的振动模型实验表明：斜坡顶部对振动的反应幅值较之斜坡底部存在明显的放大现象(垂直向放大)，坡的边缘部位对振动的反应幅值较之内部(处于同一高度上的两点比较)也存在放大现象(水平向放大)。利用水工规范(SDJ10-78)推荐的反应谱，通过大量数值模拟，何蕴龙[21]等通过动力有限元法发现了“岩石边坡的地震动力系数并不随坡高增高而单调增大”，并且得出了“坡高约100m时坡顶最大动力系数达到最大值，坡高超过100m时动力系数反而有所降低。但总的来说，岩石边坡动力系数对坡高变化是不敏感的，在工程常见的坡高范围内边坡动力系数的变化不太的”结并基于此提出了岩质边坡地震作用的近似算法.等等[22-23]这些方法理论研究了边坡性态对动力反应量的分布影响,均证明了边坡高程放大效应的存在。黄润秋等[24]利用GIS技术对“5.12”汶川大地震大量次生地质灾害的分布与距发震断裂距离、坡度、高程、岩性等因素的关系进行统计分析，研究得出：地震地质灾害与高程和微地貌具有很好的对应关系，大部分灾害发生在高程1500～2000m以下的河谷峡谷段，尤其是峡谷段的上部(即宽谷向峡谷的转折部位)，单薄的山脊以及孤立或多面临空的山体对地震波最为敏感，具有显着的放大效应，这些部位崩塌滑坡最为发育。这些研究表明：斜坡在地震作用下存在高程放大作用。5.3.2计算极限状态下地震加速度我们根据相关资料[10]的计算公式及方法，假设地震力为F合，分解为水平地震力F和垂直地震力F＇,它们之间的的夹角为α。由于滑块的抗拉强度较小，在计算过程中忽略不计。图5-3作用于模型上的力系滑块质量：m=ρV=2.75×103×6.743×104=1.854×108kg滑块重力：G=mg=1.854×108×9.8=18.172×108N滑块对滑面的压力：N=Gcos17°－F＇cos17°－Fsin17°＝17.377×108－0.956F＇－0.292F抗滑力：f抗=(17.377×108－0.956F＇－0.292F)tan44.5°+1360×3.07×103m2我们假设滑块处于极限平衡状态，则滑块的抗滑力等于滑块的下滑力：==1，即在极限状态下f滑=f抗对平行于滑面方向上分解以上各力，可得到下滑力为：f滑=Fcos17°+Gsin17°－F＇sin17°；运用上述等式可得：Gsin17°+Fcos17°－F＇sin17°=(17.377×108－0.956F＇－0.292F)tan44.5°+1360×3.07×103在地震力作用下，一般斜坡岩体要具有较大的水平地震力才能使物体脱离母岩抛射出，水平地震力对斜坡的影响很大，且水平地震作用大于垂直地震作用。根据建筑设计抗震规范，我们假定未经地震放大时的垂直地震力F＇为水平地震力F的0.5倍，其在两个方向上地震放大倍值相同，则α=arctan0.5。要使滑块处于极限状态的水平力地震F，计算得：F=7.218×108N极限状态下的水平地震加速度为：=3.893m/s2=0.397g从计算结果可知，a<a峰=0.4g，我们可以判断出在地震水平加速度大于0.397时就能使滑坡块体发生破坏，汶川地震时的地震峰值加速度达到了斜坡破坏的极限状态。5.3.3计算放大后的地震加速度斜坡上地震峰值加速度存在垂直及水平方向的放大效应，且其空间加速度放大倍数约等于水平放大倍数。根据王运生[15]对地震高位滑坡形成条件及抛射运动程式研究分析可知，当斜坡水平及垂直向地震加速度放大量值均大于重力加速度时，放大的P波和S波使斜坡岩土体形成贯通结构面，垂直加速度等于或大于重力加速度作用，才能使斜坡发生抛射运动。有上述分析可知：只有当地震垂直加速度大于或等于重力加速度时，滑坡才会发生抛射破坏。我们假设极限状态下水平地震加速度放大后为重力加速度的n倍，则当水平地震加速度a=ng时，垂直地震加速度a′=ng/2。即当a′≥g时滑坡才会发生抛射，即当n≥2时滑坡体才能发生抛射。当n≥2时，作用在滑体的合力在水平方向的分力F1为：F1=ma1=m（ng-0.397g）=1.8172(n-0.397)×109N则垂直方向的分力F2=ma2=mg（n/2-1）=9.086（n-2）×108N根据冲量定理(F1t和F2t为冲力)，水平和垂直方向的初速度为V1和V2分别为：V2=9.8×（n-2）m/sV1=19.603（n-0.397）m/s该滑块抛射过程时，在山前运动的垂直高度为40m，则块体在空中的运动时间t应满足：H=，则t=该滑块运动的水平位移为150m，L=V1t=19.603（n-0.397）×用反算的方法，我们可以计算得出，地震水平加速度放大倍数n≈2.94。5.3.4滑坡力学模型计算分析地震加速度放大后，水平地震加速度为重力加速度的2.94倍，则地震垂直向加速度为a’=n/2g=1.47g>g由此可以根据上述依据判断，地震垂直向加速度放大后值大于重力加速度，故我们可以判断该滑坡山顶岩体可能以抛射式滑动。5.4小结：本章通过对地震作用下滑坡运动过程模力学模型简化并受力分析，了解5.12汶川地震时金河磷矿滑坡的破坏力学过程，对本章总结如下：1、滑坡块体沿着潜在不稳定结构面oa交线发生破坏，简化滑块模型可以计算出在地震作用下的极限水平地震加速度值a=0.397<a峰=0.4g，可以判断斜坡在大于0.397g的地震加速度下就可以使该斜坡发生破坏，汶川地震峰值加速度达到了斜坡破坏的极限加速度。2．大量研究表明，斜坡在地震力作用下，存在加速度高程放大作用，且水平加速度大于垂直加速度。只有当放大后地震垂直加速度大于或等于重力加速度时，斜坡才发生破坏。3．假设极限状态下的水平地震加速度放大后为重力加速度的n倍，计算得出n=2.94，则垂直加速度为a’=n/2g=1.47g，则分析可知斜坡以抛射运动方式发生

第6章强震区同类边坡防治措施与建议6.1边坡防治原则在中国西南部地区，发育有鲜水河、龙门山断裂带，处于构造运动较强烈地区，地震活动较频繁。自5.12汶川地震，诱发了大量滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害问题，使铁路、公路和水利水电等大量建筑设施遭受破坏，地震后大量边坡处于欠稳定和不稳定状态，而5.12地震后余震接连不断，随时都有次生地质灾害发生。为了保证边坡的稳定性,避免危害性的变形与破坏,采取防治措施是必要的。特别是对于该类滑坡，只有经过详细的调查和分析计算后,才能制定出切合实际的防治措施。总之,治理边坡应该坚持以防为主、综合治理、及时处理的原则。6.2地震边坡防治建议该类边坡的治理可采取提高其抗滑力和减小其下滑力等方法。提高滑坡的抗滑力，可以采用压脚、挡墙、挂网等项加固措施和方法；减小滑坡的下滑力，则可采用削方和减载等降低滑体重心的方法。加强地面和地下排水是同时可提高滑坡抗滑力和降低滑坡下滑力的有效工程措施。另外，沿坡面加做简单、有效的护坡措施对确保山体边坡的持续稳定性也十分重要，但仅仅铺设被动防护网是不可靠的。现对滑坡防治方法分别简述如下：（1）减荷、压载工程。对坡体进行减荷压载，通常都是整治岩石滑坡的首选措施。其优点是简单易行、经济、安全可靠，且又治理效果好。对于滑床呈上陡下缓、滑体头重脚轻的推移式滑坡，可以在滑体上部的主滑段作削坡减载，或在下部的抗滑段加填压脚。这些在破碎岩石滑坡中都是非常有效的。减重法一般更适用于滑床为上陡下缓而滑坡体的后壁及其两侧又有较为稳定的大块岩土体支撑的边坡。（2）治水工程。目前治水的主要措施是采用截、排和护等多种方法以及它们的组合采用。“截”就是在滑坡体可能发展的边界外的稳定坡段设置截水沟等；“排”就是在滑坡区内充分利用自然沟谷，设置排水系统，布置垂直和水平（或斜向）的钻孔群等以排除滑体内的地表水和地下水；“护”就是采取各种形式的护坡措施，防止强降雨和地表水对滑坡坡面的冲刷。经常可结合采用以上几种手段以达到更好治水的目的。（3）抗滑工程。设置支挡结构（挡墙等）是处置边坡受震后次生滑坡灾害的一项主要工程措施。它的优点是可以从根本上解决坡体后续的长期稳定性问题，达到基本根治的目的。设置支挡结构，如抗滑片石垛、抗滑挡墙等以支挡滑体，或借助于桩体与周围岩土的共同作用把滑坡推力传递到深部稳定地层，利用稳定地层的锚固作用和被动抗力以平衡滑坡推力，使滑坡保持持续稳定。设置支挡结构能做到较少地破坏原有山体，有效改善岩质滑坡的力学平衡条件。（4）防护。柔性支护网、普通格构＋挂网锚喷防护，多数情况下都适用于软质坡体或虽石质坚硬但岩体节理裂隙发育、自稳性差的岩质边坡。（5）避让措施。根据工程的特点和经济、社会效益的对比，采取相应的工程措施对边坡预期治理效果不大，施工困难、复杂，且不经济，可选择建筑设施避让措施。

结论本文以金河磷矿滑坡为例，对该滑坡进行了野外实地调查，并对资料收集整理后，较全面的总结了该滑坡区域的基本工程地质条件、坡体结构和岩体结构特征，对滑坡在强震作用下的变形破坏模式及形成机制进行了研究，并对滑坡运动过程力学模型进行计算分析，最后对该类滑坡提出防治措施及建议。对本文研究后得到了以下结论：1．金河磷矿滑坡属于龙门山地震活跃带范围内，位于金河磷矿附近，石亭江左岸沟谷上游。滑坡坡脚处高程为1080m，距石亭江高差为170m；滑坡横向长度为250m，纵向长度为180米，堆积体最大厚度10~15m，滑坡体积为6.743×104。滑坡后斜坡坡角大约为40~50度，滑坡主方向为280度。5.12汶川地震时发生滑动破坏。2．该滑坡为岩质滑坡，岩体结构组合特征为影响滑坡的主要因素之一。该滑坡后缘区岩体发育三组结构面：节理J1：N35°W/SW∠72°、节理J2：N10°E/SE∠50°和节理J3：SN/E∠近直立。该岩体层面C产状为N70°W/NE∠30，该滑坡体坡体倾向为280°，坡角为45°。对其用图解法赤平投影分析，节理J1与层面C的组合时形成的交线oa为岩体潜在不稳定结构组合状态，产状为319°∠17°，该组结构可能使斜坡发生破坏。3．滑坡在强震条件下的破坏模式为拉裂—剪断型；地震时，上部岩体脱离母体瞬间，发出较大响声。滑坡体从滑源区短暂滑动后，突然水平或斜向上抛出，然后向斜坡面低处俯冲着陆，强烈碰撞解体，转变为碎屑继续流向坡脚下运动。4．对地震时滑坡后缘岩体进行力学模型进行反演分析，得出使滑坡块体发生抛射运动的临界地震