２００８．ＮＯ．１ ２总第６２期 岩土工程３１ 岩土边坡地震崩滑三级评判方法浅议 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ－Ｌｅｖｅｌ Ｊｕｄｇｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆｔｈｅ Ｓｌｏｐｅ Ｃｏｌｌａｐｓｅｓ ｕｎｄｅｒ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ 周凡 （后勤工程学院建筑工程系重庆４０００４１） 摘要：岩土边坡地震崩滑是最为严重的地质灾害之一，在对其可能性提出及时有效的评价预测的问题上，岩土边坡地震崩滑三级评判是一套 近些年发展起来、逐渐趋于成熟的方法。本文正是基于岩土边坡地震崩滑三级评判的思想，对各级评判中所用的方法及相关问题进行详细的 论述。对这套方法在实际中的应用有一定的指导意义。 关键词：岩土边坡；地震崩滑；三级评判；预测方法 中图分类号：ＴＵ４５５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—９１０７（２００８）１２—００３１—０３ Ａｂｓｔｒａｃｔ・１１１ｅ ｓｌｏｐｅ ｃｏｌｌａｐｓｅｓ ｕｎｄｅｒ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆｍｏｓｔ ｓｅｒｉｏｕｓ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｓａｓｔｅｒｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｏｆｐｒｏｍｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｐｐｒａｉｓａｌ ｔｏ ｆｏｒｅ－ ｃａｓｔ ｉｔｓ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｍｅｈｔｏｄ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔ ｈｔｅ ｓｌｏｐｅ ｃｏｌｌａｐｓｅｓ ｎｕｄｅｒ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．Ｔｈｉｓ ａｒ－ ｔｉｃｌｅ ｄｉｓｃｓｕｓｅｄ ｈｔｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｎａｄ ｒｅｌｍｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｅａｃｈ ｌｅｖｅｌｊｕｄｇｍｅｎｔ．ｗｈｉｃｈ ｃａＩｌ ｐｒｏｖｉｄｅ￣ｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ；ｈｔｅｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌｊｕｄｇｍｅｎｔ；ｐｒｅｄｉｃｔｍｅｔｈｏｄ 岩土边坡地震崩滑初判的主要任务是圈定在地震作用下 １引言 可能发生地震崩滑的区域范围。其方法主要是统计已发生的 地震造成的边坡崩滑数据，找出边坡崩滑与否跟地震动参数 我国是一个多地震的国家，地震引起的灾害在各种自然 之间的关系 灾害中占有相当突出的地位 前不久发生的四川汶ＪＩｉ８．０级特 在我国．先后有辛鸿博日Ｉ和孙进忠脚等人对此进行了详细 大地震，诱发了数量众多的边坡、山体滑坡，造成了村庄被淹 的论述。据他们的论述：地震崩滑初判的判据可包括以下三个 埋、道路被毁坏、几十个堰塞湖威胁数百万群众生命安全的灾 方面：一是能够触发地震崩滑的最小地震震级Ｍ。，两人都认为 难性后果，令人触目惊心。因此，对地震作用下边坡稳定性进 Ｍ。≥４．７；二是可能发生地震崩滑的最小场地烈度Ｉ９。，两人也 一行不断的深入研究是广大岩土工作者十分迫切的任务．也是 致认为Ｉ￣＞ＶＩ；三是边坡崩滑与地震震级、震中距的关系。辛 不可推卸的责任。 鸿博将其归纳为四点： 由于地震触发的边坡崩滑往往是成群出现、数量众多、分 （１）易出现岩土边坡地震崩滑的区域。 布面广，而拟静力法等分析方法涉及的岩土参数很多．需要投 Ｍ＝４．２８０＋ ０３１ Ｒ Ｉ１５≤Ｒ≤１２０）（式中Ｍ为里氏震级： 入的勘察、试验和分析计算工作量很大．从而需要投入的费用 Ｒ为震中距，ｋｍ）。 也很高。基于此，１９９３年国际土力学及基础工程协会地震岩土 （２）边坡地震崩滑存在着一个槛值距离。对于某一震级的 工程委员会提出了一套三级评判预测地震崩滑的方法【１】，该 地震而言，若边坡到震中的距离大于其槛值，此地震将不会诱 套方法由粗至细，是一个能适应不同深度区划要求和不同经 发该边坡崩滑，反之则有可能诱发边坡崩滑。边坡崩滑的槛值 费投入的方法。其中一级预测适用于概略区划ｌ比例尺１：１０Ｏ 可用边坡崩滑的最大震中距表示。经数理分析发现，发生边坡 万～１：５万），二级和三级预测分别适用于详细区划（比例尺１ 地震崩滑的最大震中距与震级之间存在着良好的关系．这一 ：１ ０万～１：１万）和精确区划（比例尺１：２．５万一１：０．５万）。在 关系可用下列方程近似地描述： 我国，孙进忠等人１２１详细讨论了岩土边坡地震崩滑三级评判的 Ｍ＝３．３０７ＸＲ￣…（１５≤Ｒ￣＜３５０，Ｇｒ＝Ｏ．０１８，ｒ＝Ｏ．９９９）（式中 思想并提出了实施方案：由主要考虑地震影响的初判。到以考 Ｒ 最大震中距，ｋｍｉ ｏｒ为标准差；ｒ为相关系数）。 虑控制地震崩滑的岩土边坡内、外因素为主的再判．最后是研 （３）在边坡可能发生崩滑的区域内有这样一个过渡带，此 究岩土边坡力学稳定性的详判，构成了一套由粗到细、分级筛 带内出现边坡地震崩滑的事例很少，并且崩滑点相对分散。说 选的有效方法。本文正是基于岩土边坡地震崩滑三级评判的 明造成边坡地震崩滑除震级、震中距外，还受其他因素的影响 思想，对各级评判中所用的方法及相关问题进行论述 与制约。该过渡带的下限为边坡地震崩滑的槛值线。上限近似 于一条双曲线。其统计方程为： ２岩土边坡地震崩滑的初判：岩土边坡地 Ｍ＝Ｒ／（１．７７５＋０．１ １８Ｒ），（２０ｓＲ＿＜３５０，ｒ＝Ｏ．９９９）。 震崩滑可能性判别的方法 （４）边坡崩滑区的最大面积（Ｓ）与震级（Ｍ）之间存在着一定 的关系．它可以近似地表示为： 收稿日期：２００８—９—８ Ｓ＝２４．０６１×（Ｍ／４）’ 式中，Ｓ为崩滑区面积，单位平方公里，Ｍ为震级。 重庆建筑 ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ 而孙进忠却将边坡崩滑与地震震级、震中距的关系简化 为：特定震级的地震能够引起地震崩滑的最大震中距离Ｒ ＝ ３０００（１—４／Ｍｓ）。。 在此基础上，对影响因子的选取和单因子指标的赋值，提出４ 个不同的方案，并通过计算分析，选出其中最佳的和较佳的两 个方案。 陶小林在他的论文中目．选择上面所述的４种方案的第４种 下面将汶川特大地震震级８．Ｏ分别代入上述两组公式进行 计算： 方案。运用综合指标法进行边坡稳定预测，并将其与Ｎｅｗｍａｒｋ 法进行了比较，归纳出综合指标法的特点：优点是简便易行， 辛式：８＝４．２８０＋０．０３１ Ｒ，即Ｒ＝１ ２０ｋＭ ８＝３．３０７ＸＲ￣ 。，ＰＰ Ｒ ＝５２６＞３５０，取Ｒ ＝３５０ｋＭ 计算结果表明：易出现岩土边坡地震崩滑的区域震中距 Ｒ＝１２０ｋＭ．边坡地震滑槛值距离即可能诱发边坡崩滑的最大 震中距＝３５０ｋＭ 孙式：Ｒｍ＝３０００（１—４／Ｍ。）。，Ｍ。＝８．Ｏ，得可能诱发边坡崩滑 的最大震中距：３７５ｋＭ，与辛式计算结果基本相同。 运用上述三个判据对地震崩滑进行初判，所给出的结论 只有两种：不崩滑：可能崩滑。这两种结论可以是对于一个具 体场地的判断，也可以是对于一个区域的判断。可见，地震崩 滑的初判就是利用地震影响与崩滑事件之间的统计关系建立 简单明确的判据．排除大量不可能发生地震崩滑的岩土边坡， ．有效地缩小进一步评判的范围。 ３岩土边坡地震崩滑的再判：岩土边坡地 震崩滑可能性分级的方法 岩土边坡地震崩滑的再判就是要根据表征岩土边坡特征 的主要内在和外在因素与地震崩滑事件之间的因果关系。对 岩土边坡地震崩滑的可能性作出进一步判断，作出分级评判。 再判中起主导作用的是岩土边坡性质特征参数和边坡的赋存 条件。再判的一般过程：首先要选择表征岩土边坡性质特征的 关键参数以及影响岩土边坡稳定性的主要赋存条件：然后。再 根据对所选择的参数、条件与岩土边坡地震崩滑之间因果关 系的理解或各个参数、条件对地震崩滑事件的贡献方式和贡 献大小构造判断模型，通过判断模型将所选择的参数和条件 映射为判据：最后，根据判据的取值情况对岩土边坡地震崩滑 的可能性大小作出分级评价。实现对岩土边坡地震崩滑再判 的主要方法有：综合指标法、灰色聚类法和神经元网络法等方 法。 ３．１综合指标法 王余庆和辛鸿博ｔ４ｌ等首先提出了针对岩土边坡地震崩滑 的第二级评判的综合指标法。在综合考虑地质、地貌、地震、降 雨对滑坡的共同作用的基础上，本着实用性和科学性兼顾的 原则，选择地质构造、坡高和坡角作为反映岩土边坡特征的主 要参数，是地震崩滑的内因；考虑地震强度、降雨量这两个触 发因素，作为地震崩滑的外因。将这５个因素定义为５个主要影 响因子．提出了各因子分级赋值的原则和方案，建立了可对不 同因子进行区分和量化的、含５个因子的综合指标法计算式。 局限性是没有考虑地震本身的各种因素．不能实现每个边坡 精确预测。其实具有这些特点，正好符合二级评判的要求，将 其与三级评判方法Ｎｅｗｍａｒｋ法进行比较是不太恰当的 陈晓利等 在综合指标法的基础上，运用ＧＩＳ（地理信息系 统）丰富的空间分析功能，对地震滑坡的影响因素进行研究， 并进行潜在地震滑坡区的预测，是地震滑坡研究领域的一种 新的发展趋势。其技术流程为：（１）首先把研究区域网格化，然 后对所选因子图层进行空间扫描．逐一提取各网格单元所对 应的各个环境因子，组成一个新的图层：（２）对每个网格应用综 合指标法进行计算．再依据滑坡发生的临界值对计算结果进 行分类划级。这种方法其实就是综合指标法的计算机化，有了 计算机强大的信息处理功能．我们就可以尝试将一些没有包 括在综合指标法中的地震滑坡影响因素，如植被覆盖度、公路 工程等因子考虑在内．从而提高综合指标法对岩土边坡地震 崩滑再判的准确性。 ３．２灰色聚类法 灰色系统理论自１９８２年创立以来．已成功地应用于工程 控制、经济管理、生态系统、农业系统等许多领域，而且在岩土 工程和工程抗震领域也得到了一些应用。王余庆等１７１首先将其 应用于预测地震边坡稳定性分析。在文献［７ｌ中，他论述了灰色 聚类法预测边坡地震稳定性的基础资料和预测结果的问题和 结论，然后在此基础上，简化计算，给出了用灰色聚类法判别 边坡地震稳定性的实用计算方法１８］。 灰色聚类法不像综合指标法那样，需用大量的母体样本 进行分析。采用一个相当于小样本的震害分类表即可进行预 测，但其有效性也受到该分类表的限制。 ３．３神经元网络法 人工神经元网络（ＡＮＮ）方法是８０年代发展起来的．由于它 能较好地解决未知的且高度非线性的因果关系，近年来在各 行业中得到了广泛应用。人工神经元网络是用工程技术手段 模拟生物神经网络的结构特征和功能特征的人工系统，与一 般统计学方法相比，其突出特点是能模拟人脑的思维过程。首 先，通过对已知样本的学习训练，掌握输入与输出间复杂的非 线性映射关系（这种关系并不一定能给出数学表达式），并对这 种关系存贮记忆。当把未参加过学习的样本输入时，直接调用 网络的记忆对其进行预测判断。高艳平等首先尝试了将这种 方法根据边坡的一些主要影响因素运用于预测边坡在地震作 用下的稳定性分析，取得了一些成果［９１。 ２００８．Ｎ０．１ ２总第６２ 岩土边坡地震崩滑三级评判方法浅议 岩土工程３３ 到细、三级评判筛选的岩土边坡地震崩滑预测方法体系，这套 ４岩土边坡地震崩滑的详判：岩土边坡地 震崩滑稳定性分析 岩土边坡地震崩滑详判的任务就是对那些被再判确定为 可能会发生地震崩滑的边坡进行力学稳定性分析，从而确定 体系将所有的岩土边坡地震稳定性分析方法划分为三个阶 段。第三级评判即地震作用下的边坡稳定性分析的研究，由于 能进行定量的分析．历来都比较受重视，许多学者致力于对其 的研究，新的研究成果不断涌现。但是对前两级评判方法的研 究却没有得到相应的重视。其实岩土边坡地震崩滑三级评判 这些边坡在区域潜在地震作用下的稳定性。因此，岩土边坡地 震崩滑的详判就落实到了地震作用下的边坡稳定性分析上。 关于岩土边坡地震稳定性评价方法的分类。不同的研究者 给出了不同的分类。比如，Ｋｒａｍｅｒ［１￣从边坡地震失稳机理的角 度将边坡地震失稳分为惯性失稳和弱化失稳两类．并且把惯 性失稳的分析方法归纳为拟静力法、永久位移法、Ｍａｋｄｉｓｉ． Ｓｅｅｄ法和应力分析法。把弱化失稳归纳为流动破坏分析法和 变形破坏分析法：刘立平等『１１】将边坡地震失稳分为惯性失稳和 衰减失稳两类，并把惯性失稳的分析方法分为拟静力法、 Ｎｅｗｍａｒｋ滑块法、有限元方法及概率分析法等．把衰减失稳的 分析方法分为流动破坏分析法和变形破坏分析法等：祁生文 将边坡地震稳定性评价方法归纳为：拟静力法、有限滑动位移 法、Ｍａｋｄｉｓｉ．Ｓｅｅｄ简化分析法、剪切楔法、概率分析方法以及数 值方法。刘红帅 在上述分类基础上，提出了新的分类方法，并 将试验法（物理模拟法）纳为边坡地震稳定性评价方法：从地震 作用下是否考虑边坡岩土体参数和地震动参数的不确定性的 观点来看．岩土边坡地震稳定性评价方法可分为确定性方法 和概率分析方法两大类：从边坡稳定性计算中对地震动作用 的不同处理方式来看．岩土边坡地震稳定性评价方法宜分为 拟静力法、滑块分析法、数值模拟法和试验法四大类。他指出： 概率分析方法（随机性分析方法或可靠性分析方法）和确定性 分析方法都是基于拟静力法、Ｎｅｗｍａｒｋ滑块分析法和数值模 拟方法的基础上进行的．区别在于确定性分析法没有考虑变 量的不确定性，而概率分析方法则考虑了变量的不确定性。从 这个角度看．刘立平等和祁生文将概率分析方法与其他几种 方法并列起来的提法显然是不合适的。 从拟静力法到拉格朗日元法．这些边坡稳定性分析方法都 各有其特点及使用条件。许多学者已经作了比较详细的综述， 本文不再一一赘述。应根据工程实际和抗震防灾工作的需要， 按照经济、有效的原则选择适当的方法对岩土边坡的地震崩 滑稳定性进行分析评判 ５结语 岩土边坡地震崩滑的初判、再判和详判构成了一套由粗 是一个完整的体系．从大量的岩土边坡中．经过初判和再判能 有效地筛选出最具成灾可能性的边坡，能最快速地锁定最危 险的边坡，然后经详判确定其稳定性，而不必对所有边坡都进 行稳定性分析，从而最大程度地提高了抗震防灾工作的效益。 参考文献： …Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｇｅｏｔｅｅｈｎｉｅａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴＣ一４，ｌＳＳＭＦＥ．Ｍａｎｕａｌ ｆｏｒ Ｚｏｎａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｅｉｓ— ｍｉｃｇｅＯｔｅｅｈｎｉｅａＩ ｈａｚａｒｄｓ【Ｍ】．Ｔｏｋｙｏ：Ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆＳｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ 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