地震作用下順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性離散元模擬

冉 濤，趙安平，尹劍輝

（中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029）

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地震作用下順層巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性離散元模擬

冉 濤，趙安平，尹劍輝

（中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029）

摘 要：以金沙江溪洛渡水電站庫區(qū)恩子坪2?；聻槔?，采用寧河地震天津記錄數(shù)據(jù)作為地震動(dòng)參數(shù)，運(yùn)用離散元程序UDEC（Universal Distinct Element Code）對滑坡在未來地震作用下的響應(yīng)特征和變形破壞機(jī)制進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果顯示：在地震波作用下，坡體表現(xiàn)出明顯的放大效應(yīng)，其中加速度放大程度最大，位移次之，速度最?。坏卣鸩ㄟ_(dá)到峰值后，坡體中的剪應(yīng)力集中范圍和滑帶的剪應(yīng)變均急劇增大，由于剪應(yīng)變累積效應(yīng)，變形破壞從滑帶前端向尾部傳遞、擴(kuò)展；地震結(jié)束時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)已經(jīng)低于1．0，最大累積位移達(dá)到了1．58 m。通過分析數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果可知：運(yùn)動(dòng)放大效應(yīng)、剪應(yīng)力集中和剪應(yīng)變累積效應(yīng)是導(dǎo)致滑坡變形破壞的主要機(jī)制，滑坡的失穩(wěn)模式依然為順層滑移；滑坡已經(jīng)失穩(wěn)破壞，建議采取適當(dāng)?shù)腻^固工程，以降低滑坡在地震作用下失穩(wěn)堵江的風(fēng)險(xiǎn)，從而保證溪洛渡水庫的正常運(yùn)營。

關(guān)鍵詞：順層滑坡；地震；動(dòng)力響應(yīng)；變形破壞機(jī)制；離散元法

1 研究背景

我國的大型水電工程大多地處西南高山峽谷地區(qū)，由于河流的強(qiáng)烈下切，庫岸通常形成高陡的巖質(zhì)斜坡，穩(wěn)定性較差。同時(shí)，西南地區(qū)活動(dòng)斷裂非常發(fā)育，地震作用較為頻繁，更加劇了庫岸斜坡的失穩(wěn)破壞。地震滑坡不同于靜力觸發(fā)的滑坡，地震滑坡通常表現(xiàn)出啟程劇動(dòng)、水平臨空拋射、高速遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)等特殊的動(dòng)力特征［1－3］，造成更加嚴(yán)重的災(zāi)難［4－5］。因此，研究地震條件下的滑坡穩(wěn)定性，對于地處西南高烈度區(qū)的水電工程來說顯得尤為重要。目前，相關(guān)的研究方法主要有：工程地質(zhì)分析法、擬靜力法、Ne?wmark滑塊分析法、安全系數(shù)時(shí)程分析法、數(shù)值模擬方法、模型試驗(yàn)方法等［6－10］。其中，數(shù)值模擬作為一種有效手段被廣泛應(yīng)用于邊坡動(dòng)力分析中：畢忠偉等［11］利用ABAQUS軟件探索了地震作用下均質(zhì)土坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；王環(huán)玲等［12］基于時(shí)程分析Wil?son－θ法原理，運(yùn)用動(dòng)力有限元法對西部某水電工程巖石高邊坡進(jìn)行了三維地震響應(yīng)分析，認(rèn)為時(shí)程分析能夠較真實(shí)地反映邊坡的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果；鄭穎人等［13］采用FLAC3D軟件和動(dòng)力強(qiáng)度折減法對地震邊坡破壞機(jī)制進(jìn)行了探討，認(rèn)為地震邊坡的破壞是由上部拉破壞和下部剪切破壞共同組成。然而，天然巖體中存在大量的層理層面、節(jié)理裂隙，破壞了斜坡巖體的完整性，因此，采用上述連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法終究有所限制?；诜沁B續(xù)介質(zhì)的離散元法DEM （Discrete Element Method），可以模擬巖體中這些不連續(xù)面的變形和強(qiáng)度性質(zhì)，因而更具優(yōu)勢［14］。R．Bhasin等［15］利用二維離散元程序UDEC對某700m高邊坡分別進(jìn)行了靜力和動(dòng)力模擬，預(yù)測了邊坡巖體在地震作用下的破壞特征；V．Kveldsvik等［16］采用UDEC程序?qū)ε餐?knes滑坡進(jìn)行了動(dòng)力離散元分析，探索了該滑坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；C．H．Zhang等［17］利用離散元程序分析了不同地震動(dòng)參數(shù)對三峽船閘邊坡動(dòng)力響應(yīng)特征及崩塌模式的影響，論證了DEM處理動(dòng)力問題的有效性；李海波等［18］基于UDEC程序和強(qiáng)度折減法，提出一種全新的以位移時(shí)程曲線尾部發(fā)散特征作為地震滑坡臨界失穩(wěn)狀態(tài)的判據(jù)、以及將對應(yīng)的折減系數(shù)作為邊坡地震安全系數(shù)；譚儒蛟等［19］運(yùn)用UDEC程序?qū)鹕辰報(bào)催吰逻M(jìn)行了全時(shí)程動(dòng)力模擬，分析了邊坡巖體的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律和變形破壞機(jī)制；崔芳鵬和曹琰波等［20－21］分別采用離散元方法，模擬重現(xiàn)了汶川地震中唐家山滑坡從變形累積到滑動(dòng)堆積的全過程。肖克強(qiáng)等［22－23］利用UDEC程序分別計(jì)算了國外Rokko和Andretta 2個(gè)滑坡的地震位移，驗(yàn)證了Al?Homoud等關(guān)于“離散元法較Newmark法計(jì)算的永久位移更接近實(shí)測值”的結(jié)論。

本文以金沙江溪洛渡水電站庫區(qū)恩子坪2?；伦鳛檠芯繉ο螅捎眯拚蟮膶幒拥卣鹛旖蛴涗洈?shù)據(jù)作為動(dòng)力輸入?yún)?shù)，運(yùn)用二維離散元程序UDEC對滑坡進(jìn)行全時(shí)程模擬，探索滑坡在未來地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)特征和變形破壞機(jī)制，進(jìn)而為滑坡的穩(wěn)定性評價(jià)和防治措施提供參考依據(jù)。

2 滑坡概況

恩子坪2?；挛挥谙宥伤娬編煳病Q灘水電站壩址下游約8．6 km處，金沙江左岸。滑坡體南北向?qū)捈s750 m（順江方向），東西向長約160 m，總體積約1 020×104m3（圖1）。

圖1　恩子坪2?；氯埃?4］Fig．1 Panorama of Enziping landslide No．2［24］

滑坡區(qū)為單斜構(gòu)造，屬于典型的順層岸坡結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀N20°～30°／SE∠15°～25°，地表平均坡度約25°。谷肩至江邊為高約50 m的陡崖，滑坡后緣和南側(cè)發(fā)育寬大拉張裂縫，后緣拉陷槽被后期崩坡積物充填?；聟^(qū)地層巖性主要為奧陶系中統(tǒng)巧家組（O2q）?。泻駥恿鰻罨?guī)r、泥灰?guī)r、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r等。巖體中主要發(fā)育4組節(jié)理裂隙，分別為：J1產(chǎn)狀N15°～30°E／NW∠80°～85°，為陡傾坡內(nèi)的構(gòu)造節(jié)理；J2產(chǎn)狀N70°～80°W；J3產(chǎn)狀N70°～75°E／SW∠75°～85°；J4產(chǎn)狀N25°～35°E／SE ∠15°～30°，為順層節(jié)理?；w內(nèi)由下至上依次發(fā)育了S1—S4共4條順層錯(cuò)動(dòng)帶，其中S1厚度最大（50～100 cm）、性狀最差，構(gòu)成滑坡的底滑帶；S2，S3 和S4厚度相對較小（5～20 cm）（見圖2）。

恩子坪2?；聦儆诘湫偷捻槍踊疲研蛶r質(zhì)滑坡，滑動(dòng)距離較短?？辈旖沂?，滑坡前緣崩塌的巨大塊石堆積在前方河床中，對滑體起到關(guān)鍵的支撐作用，使滑坡暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)［24－25］。極限平衡分析顯示，在天然狀況下滑坡穩(wěn)定性較好（Fs＞1．15），暴雨情況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)（Fs＞1．1）、水庫運(yùn)營時(shí)處于極限平衡狀態(tài)。然而，在地震及地震和其他工況組合的情況下，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)急劇下降［24－25］，表明地震是影響該滑坡穩(wěn)定性的最不利因素。另外，研究區(qū)地震基本烈度較高、地震活動(dòng)較頻繁，因而該滑坡在未來遭遇地震作用的可能性較大。綜上原因，本文選取恩子坪2＃滑坡進(jìn)行地震穩(wěn)定性模擬分析。

圖2　恩子坪2?；掠?jì)算模型及監(jiān)測點(diǎn)分布Fig．2 Calculation model and layout of monitoring points of Enziping landslide No．2

3 計(jì)算模型及動(dòng)力條件

3．1 離散元數(shù)值模型

根據(jù)恩子坪2＃滑坡的地質(zhì)剖面建立計(jì)算模型示意圖（見圖2）。如圖所示，模型底邊寬400 m，左側(cè)邊界高240 m，右側(cè)邊界高152 m。在模型邊界及內(nèi)部設(shè)置了一系列監(jiān)測點(diǎn)，用來記錄滑坡在地震作用下，加速度、速度和位移的時(shí)程響應(yīng)曲線，從而分析滑坡的動(dòng)力響應(yīng)特征。

為便于模型建立，將研究區(qū)地層巖性進(jìn)行概化，地層由上到下分為3層［24］：上部滑體為灰?guī)r（S2以上）、中部為粉砂質(zhì)泥巖（S1和S2之間）、下部滑床為砂巖（S1以下）。另外，滑帶S1、后緣拉陷槽崩坡積物和河床堆積物分別作為3種不同的材料處理。模型中的結(jié)構(gòu)面包括4條順層錯(cuò)動(dòng)帶S1—S4、陡傾坡內(nèi)的構(gòu)造節(jié)理組J1（視傾角80°）和順層節(jié)理組J4（視傾角20°），J2，J3 2組節(jié)理的走向和模型剖面近于平行，不予考慮。河床堆積物主要是滑坡前緣崩塌的巨大塊石，為了將其離散化，建模時(shí)在其中加入兩組虛擬節(jié)理（水平向和垂直向），將其分割成離散塊體。

數(shù)值模型網(wǎng)格尺寸大小會(huì)直接影響地震波傳播的精確性，模型最大網(wǎng)格尺寸（Δl）應(yīng)小于輸入地震波最短波長（λ）的1／10～1／8［26］。地震波在卓越頻率下的最短波長為

λ＝C／fmax。（1）

式中：C取縱、橫波速中較小者，這里取橫波波速Cs＝1 355 m／s；根據(jù)波譜分析結(jié)果，fmax為1．12 Hz。經(jīng)過計(jì)算可知，將模型網(wǎng)格最大尺寸設(shè)置為15 m是合理的。恩子坪2＃滑坡的離散元數(shù)值模型及網(wǎng)格剖分見圖3。

圖3　恩子坪2?；码x散元模型及網(wǎng)格Fig．3 Mesh generation in discrete element model of Enziping landslide No．2

3．2 本構(gòu)模型和材料參數(shù)

為了研究地震作用下滑體中的應(yīng)力分布狀況以及滑帶的變形情況，整個(gè)模型均采用彈塑性本構(gòu)模型和Mohr?Coulomb屈服準(zhǔn)則；結(jié)構(gòu)面均采用Cou?lomb?Slip彈塑性本構(gòu)模型。計(jì)算參數(shù)主要結(jié)合滑帶現(xiàn)場大剪試驗(yàn)、巖土物理力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)類比綜合確定［24－25］，巖土體和結(jié)構(gòu)面參數(shù)分別見表1和表2。

表1　巖土體物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physico?mechanical parameters of soil and rock mass

表2　結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)Table 2 Mechanical parameters of structural planes

3．3 地震動(dòng)力條件

在動(dòng)力分析中常用的輸入地震波有以下3種：擬建場地實(shí)際地震記錄、典型過去強(qiáng)震記錄和人造地震波。由于研究區(qū)不具備實(shí)測地震記錄，本文選用寧河地震天津記錄，按最大水平加速度1．65 m／s2對地震波進(jìn)行等比例縮放（根據(jù)滑坡上游附近白鶴灘水電站壩址設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)確定報(bào)告［27］，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50 a、超越概率10%對應(yīng)的峰值加速度PGA為165 gal），得到水平加速度時(shí)程曲線（圖4），地震波總持時(shí)為19．19 s。

圖4　地震波水平加速度時(shí)程曲線Fig．4 Time?history curve of horizontal acceleration of seismic wave

在離散元數(shù)值計(jì)算中，動(dòng)力荷載只能以加速度時(shí)程、速度時(shí)程和應(yīng)力時(shí)程3種形式輸入，而對于黏性邊界條件，則必須以應(yīng)力時(shí)程輸入。因此，首先將加速度時(shí)程通過數(shù)值積分的方法轉(zhuǎn)換成速度時(shí)程（圖5），再在UDEC程序中利用式（2）和式（3）將速度時(shí)程轉(zhuǎn)換成應(yīng)力時(shí)程，作為地震動(dòng)參數(shù)輸入模型［28］。

式中：σs為切向應(yīng)力（Pa）；ρ為介質(zhì)密度（kg／m3）；Cs為介質(zhì)的S波速度（m／s）；vs為質(zhì)點(diǎn)水平方向振動(dòng)速度（m／s）；G為介質(zhì)的剪切模量（Pa）。

圖5　地震波水平速度時(shí)程曲線Fig．5 Time?history curve of horizontal velocity of seismic wave

3．4 邊界條件

研究表明，靜力分析中常用的固定邊界，在動(dòng)力分析中將導(dǎo)致向外傳播的地震波反射回模型內(nèi)部，而使用黏性邊界能較好地吸收反射波能量［28－29］。因此，模型的邊界條件設(shè)置如下：

（1）首先施加位移邊界條件，使模型在自重條件下達(dá)到初始平衡狀態(tài)；

（2）移除位移邊界條件，將模型左右側(cè)改為自由場邊界，底部改為水平向黏性邊界和豎直向位移約束；

（3）將應(yīng)力時(shí)程作為地震動(dòng)參數(shù)輸入模型和自由場的底部，模擬地震波從下往上傳播。

4 數(shù)值模擬結(jié)果分析

4．1 滑坡動(dòng)力響應(yīng)特征

研究斜坡在地震荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，是認(rèn)識地震滑坡失穩(wěn)機(jī)制、科學(xué)評價(jià)滑坡動(dòng)力穩(wěn)定性的基礎(chǔ)工作，包括坡體加速度、速度和位移等特征運(yùn)動(dòng)參數(shù)的響應(yīng)規(guī)律研究［11］。由于篇幅所限，本文重點(diǎn)選取沿著同一縱線方向布設(shè)的、具有代表性的監(jiān)測點(diǎn)T1—B4（圖2）的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及其放大倍數(shù)進(jìn)行研究，特別是對T2（滑體）、C1（滑床）和B4（邊界）3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)程曲線進(jìn)行分析。監(jiān)測點(diǎn)B4水平速度時(shí)程曲線如圖6所示。

圖6　監(jiān)測點(diǎn)B4水平速度時(shí)程曲線Fig．6 Time?history curve of horizontal velocity of monitoring point B4

在進(jìn)行動(dòng)力分析之前，首先必須驗(yàn)證模型的邊界條件是否設(shè)置正確，在此前提下方能保證模擬結(jié)果的正確性。因此，輸出模型底部邊界監(jiān)測點(diǎn)B4的水平速度時(shí)程曲線，和輸入地震波的速度時(shí)程進(jìn)行對比。由圖5和圖6可見，二者的波形基本吻合，因而判斷模型邊界設(shè)置是正確的。

圖7　監(jiān)測點(diǎn)T2，C1，B4時(shí)程曲線Fig．7 Time?history curves of horizontal acceleration，horizontal velocity and displacement of monitoring points T2，C1 and B4

表3　各監(jiān)測點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)峰值及放大系數(shù)Table 3 Peak values of motion parameters and amplification factors of each monitoring point

由圖7和表3可見，從坡體底部自下而上，加速度、速度和位移均表現(xiàn)出明顯的放大效應(yīng)，在時(shí)程曲線圖中表現(xiàn)為靠近地表的監(jiān)測點(diǎn)的加速度和速度振蕩幅度較大、位移增量較大；而模型底部監(jiān)測點(diǎn)的加速度和速度振幅較小、位移增量亦較小。表3統(tǒng)計(jì)了監(jiān)測點(diǎn)T1—B4的運(yùn)動(dòng)參數(shù)放大系數(shù)，數(shù)據(jù)顯示，加速度的放大程度最大，位移次之，速度最小。其中，位移峰值在滑帶上下有明顯的突變，表明滑帶兩側(cè)巖體發(fā)生了顯著的相對剪切運(yùn)動(dòng)。圖7（c）顯示，監(jiān)測點(diǎn)C1和B4的位移響應(yīng)基本一致，表明滑床巖體強(qiáng)度較高、完整性較好，在地震荷載作用下并未發(fā)生明顯的變形破壞，而上部T2則產(chǎn)生了1．06 m的永久位移。另外值得注意的是，加速度在靠近地表時(shí)驟然增大，可能是由于這一時(shí)刻監(jiān)測點(diǎn)處巖體中積蓄的彈性應(yīng)變能瞬間突然釋放所導(dǎo)致；另一方面，若滑坡此時(shí)剛好開始運(yùn)動(dòng)，那么此加速度中還包含有滑坡的初始啟動(dòng)加速度，因而該數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)定邊坡的放大系數(shù)［21］。

4．2 滑坡變形破壞機(jī)制分析

為了查看地震作用下滑坡的應(yīng)力分布和變形情況，在計(jì)算過程中，每隔5s輸出滑坡的剪應(yīng)力和剪應(yīng)變云圖，見圖8、圖9所示。

圖8　滑坡剪應(yīng)力云圖Fig．8 Contours of shear stress of landslide

圖9　滑坡剪應(yīng)變云圖Fig．9 Contours of shear strain of landslide

整個(gè)計(jì)算過程歷時(shí)20 s。圖8顯示，在地震荷載作用下，滑體前緣坡腳和水下堆積物的接觸部位出現(xiàn)了剪應(yīng)力集中現(xiàn)象，表明滑坡在地震慣性力作用下，產(chǎn)生了向下滑動(dòng)的趨勢，然而由于坡腳處受到前方河床堆積塊石的阻擋，無法自由運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生了應(yīng)力集中，這也證實(shí)了水下堆積物對滑坡目前的穩(wěn)定性起著關(guān)鍵的支撐作用［24－25］。由地震波時(shí)程曲線（圖4）可知，在5 s以前，地震波能量較小，即作用于滑坡的地震力相對較小，因而整個(gè)模型的剪應(yīng)變相對較小（圖9（a））。

接著，地震波在8s左右達(dá)到峰值，整個(gè)滑坡由剛開始的振動(dòng)幅度較小變?yōu)檎駝?dòng)突然加劇，因而在圖8（b）中，剪應(yīng)力集中的區(qū)域大幅增加。圖9（b）也顯示，此時(shí)滑帶的剪應(yīng)變突然增大，在云圖中的量值明顯大于上部滑體和下部滑床，剪應(yīng)變沿著滑帶分布較均勻。此后地震波能量逐漸減小，滑坡通過變形和位移對自身應(yīng)力作出調(diào)整，因而圖8（c）中的剪應(yīng)力集中區(qū)域又再次減少，但不同于圖8（a）的是，此時(shí)除了滑體前緣坡腳處，在滑帶后部同樣出現(xiàn)了剪應(yīng)力集中，說明隨著滑體前部向下滑動(dòng)，滑體后部因被“牽引”也產(chǎn)生了下滑趨勢。這種剪應(yīng)力積聚效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致滑帶發(fā)生漸進(jìn)性剪切破壞［19］。由圖9（d）可知，當(dāng)?shù)卣鸩ńY(jié)束時(shí)，滑帶表現(xiàn)出明顯的剪應(yīng)變累積效應(yīng)，變形破壞從滑帶前端向尾部傳遞、擴(kuò)展，當(dāng)滑帶中的塑性破壞區(qū)由前向后發(fā)展貫通時(shí)，滑坡將會(huì)整體失穩(wěn)破壞。除了滑帶S1，滑體中還發(fā)育了3條性狀較差的順層錯(cuò)動(dòng)帶，其中S4以上的滑體剛好位于江面以上，其前緣臨空，因而在坡體波動(dòng)振蕩過程中，S4出露部位附近始終都存在剪應(yīng)力集中，其范圍雖然較小，但表明滑坡臨空面巖體亦存在局部失穩(wěn)的可能性，而S2和S3由于受到前方河床堆積物的阻擋，并未出露，因而未對滑坡變形破壞表現(xiàn)出明顯的控制性作用。

圖10　滑坡位移矢量圖（第20 s）Fig．10 Displacement vectors of landslide（at 20 s）

以上計(jì)算結(jié)果顯示，在模擬的地震波作用下，坡體放大效應(yīng)、剪應(yīng)力集中和剪應(yīng)變積累效應(yīng)是導(dǎo)致滑坡變形破壞的主要機(jī)制，滑帶S1由于性狀最差，仍然對滑坡的變形破壞起主要控制作用，滑坡的失穩(wěn)模式依然表現(xiàn)為順層滑移。由此可見，對于緩傾順層滑坡，當(dāng)?shù)卣鸷奢d不太大時(shí)，巖體結(jié)構(gòu)特征依然是滑坡變形破壞的控制性因素。計(jì)算終止時(shí)的位移矢量圖（圖10）顯示，由于受到前方河床堆積物的阻擋，滑坡并未發(fā)生整體遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)，但已經(jīng)產(chǎn)生了1．58 m的地震永久位移，此時(shí)計(jì)算的穩(wěn)定性系數(shù)Fs已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于1．0，表明滑坡在地震作用下已經(jīng)失穩(wěn)破壞，這與文獻(xiàn)［24］中的極限平衡分析結(jié)果是一致的。另外，根據(jù)李海波等［18］提出的判斷方法，計(jì)算終止時(shí)的位移監(jiān)測曲線尾部特征是“發(fā)散的”（圖7（c）），也證實(shí)了滑坡已經(jīng)處于失穩(wěn)破壞狀態(tài)。

5 結(jié) 論

本文以金沙江溪洛渡水電站庫區(qū)恩子坪2?；聻檠芯繉ο?，采用寧河地震天津記錄作為地震動(dòng)力輸入，對滑坡的動(dòng)力響應(yīng)特征和變形破壞機(jī)制進(jìn)行離散元數(shù)值模擬，得到以下主要結(jié)論：

（1）在地震波作用下，從模型底部自下而上，加速度、速度和位移均表現(xiàn)出明顯的放大效應(yīng)，其中，加速度放大程度最大，位移次之，速度最小。

（2）滑體前緣坡腳和水下堆積物的接觸部位出現(xiàn)了剪應(yīng)力集中，表明坡體在地震慣性力作用下向下滑動(dòng)擠壓水下堆積物，證實(shí)了水下堆積物對滑坡穩(wěn)定性起著關(guān)鍵的支撐作用。

（3）地震波達(dá)到峰值后，坡體中的剪應(yīng)力集中范圍和滑帶的剪應(yīng)變均表現(xiàn)為急劇增大；由于剪應(yīng)變累積效應(yīng)，變形破壞從滑帶前端向尾部傳遞、擴(kuò)展。由此可見，運(yùn)動(dòng)放大效應(yīng)、剪應(yīng)力集中和剪應(yīng)變累積效應(yīng)是導(dǎo)致滑坡變形破壞的主要機(jī)制，滑坡的失穩(wěn)模式依然為順層滑移。

（4）當(dāng)?shù)卣鹱饔媒Y(jié)束時(shí)，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)已經(jīng)低于1．0，最大累積位移達(dá)到了1．58 m，表明滑坡在模擬的地震波作用下已經(jīng)失穩(wěn)破壞。因此，除了加強(qiáng)滑坡變形監(jiān)測外，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)腻^固工程，降低滑坡在地震作用下失穩(wěn)堵江的風(fēng)險(xiǎn)，從而保證溪洛渡水庫的正常運(yùn)營。

致謝：在本文寫作過程中，地震動(dòng)參數(shù)相關(guān)知識得到了中國地震局地質(zhì)研究所梁小華副研究員的指導(dǎo)，特此感謝。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 毛彥龍，胡廣韜，毛新虎，等．地震滑坡啟程劇動(dòng)的機(jī)理研究及離散元模擬［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2001，9（1）：74－80．

［2］ 許 強(qiáng)，黃潤秋．5．12汶川大地震誘發(fā)大型崩滑災(zāi)害動(dòng)力特征初探［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，16（6）：721－729．

［3］ 殷躍平．汶川八級地震滑坡高速遠(yuǎn)程特征分析［J］．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，17（2）：153－166．

［4］ DAI F C，XU C，YAO X，et al．Spatial Distribution of Landslides Triggered by the 2008 Ms 8．0 Wenchuan Earthquake，China［J］．Journal of Asian Earth Sciences，2011，40（4）：883－895．

［5］ BOMMER J J，RODRIIGUEZ C E．Earthquake－induced Landslides in Central America［J］．Engineering Geology，2002，63：189－220．

［6］ 李維光，張繼春．地震作用下順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的擬靜力分析［J］．山地學(xué)報(bào)，2007，25（2）：184－189．

［7］ NEWMARK N M．Effects of Earthquakes on Dams and Embankments［J］．Geotechnique，1965，15（2）：139－160．

［8］ 劉漢龍，費(fèi) 康，高玉峰．邊坡地震穩(wěn)定性時(shí)程分析方法［J］．巖土力學(xué)，2003，24（4）：553－556．

［9］ LIN M L，WANG K L．Seismic Slope Behavior in A Large?scale Shaking Table Model Test［J］．Engineering Geolo?gy，2006，86：118－133．

［10］洪海春，徐衛(wèi)亞．地震作用下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析綜述［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（1）：4827－4836．

［11］畢忠偉，張 明，金 峰，等．地震作用下邊坡的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律研究［J］．巖土力學(xué)，2009，30（增1）：180－183．

［12］王環(huán)玲，徐衛(wèi)亞．高烈度區(qū)水電工程巖石高邊坡三維地震動(dòng)力響應(yīng)分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24（增2）：5890－5895．

［13］鄭穎人，葉海林，黃潤秋．地震邊坡破壞機(jī)制及其破裂面的分析探討［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28 （8）：1714－1723．

［14］CUNDALL P A．A Computer Model for Simulating Pro?gressive Large Scale Movements in Blocky Rock System ［C］∥International Society for Rock Mechanics．Pro?ceedings of the International Symposium on Rock Mechan?ics（Vol．I），Nancy，F(xiàn)rance，October 4－6，1971：128－132．

［15］BHASIN R，KAYNIA A M．Static and Dynamic Simula?tion of A 700－m High Rock Slope in Western Norway［J］．Engineering Geology，2004，71：213－226．

［16］KVELDSVIK V，KAYNIA A M，NADIM F，et al．Dy?namic Distinct－Element Analysis of the 800 m High ?knes Rock Slope［J］．International Journal of Rock Me?chanics and Mining Science，2009，46：686－698．

［17］ZHANG C H，PEKAU O A，JIN F，et al．Application of Distinct Element Method in Dynamic Analysis of High Rock Slopes and Blocky Structures［J］．Soil Dynamics and Earthquake Engineering，1997，16：385－394．

［18］李海波，肖克強(qiáng)，劉亞群．地震荷載作用下順層巖質(zhì)邊坡安全系數(shù)分析［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（12）：2385－2394．

［19］譚儒蛟，李明生，徐鵬逍，等．地震作用下邊坡巖體動(dòng)力穩(wěn)定性數(shù)值模擬［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28（增2）：3986－3992．

［20］崔芳鵬，胡瑞林，殷躍平，等．縱橫波時(shí)差耦合作用的斜坡崩滑效應(yīng)離散元分析——以北川唐家山滑坡為例［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29（2）：319－327．

［21］曹琰波，戴福初，許 沖，等．唐家山滑坡變形運(yùn)動(dòng)機(jī)制的離散元模擬［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30（增1）：2878－2887．

［22］肖克強(qiáng)，李海波，劉亞群，等．地震荷載作用下順層巖體邊坡變形特征分析［J］．巖土力學(xué)，2007，28（8）：1557－1564．

［23］AL?HOMOUDA A S，TAHTAMONI W．Comparison Be?tween Predictions Using Different Simplified Newmarks’Block?On?Plane Models and Field Values of Earthquake Induced Displacements［J］．Soil Dynamics and Earth?quake Engineering，2000，19（2）：73－90．

［24］鮑立新，馮文凱，洪望兵，等．恩子坪2?；路€(wěn)定性工程地質(zhì)研究報(bào)告［R］．成都：成都理工大學(xué)，2008．

［25］馮文凱，石豫川，何 川，等．恩子坪2?；绿卣骷胺€(wěn)定性三維數(shù)值模擬分析［J］．水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2008，（5）：13－18．

［26］KUHLEMEYER R L，LYSMER J．Finite Element Method Accuracy for Wave Propagation Problems［J］．Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division，ASCE，1973，99（5）：421－417．

［27］中國地震局分析預(yù)報(bào)中心．金沙江白鶴灘水電站壩址設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)確定報(bào)告［R］．北京：中國地震局分析預(yù)報(bào)中心，2004．

［28］Itasca Consulting Group，Inc．．Universal Distinct Element Code（Version 4．0），User’s Guide［R］．Minneapolis：Itasca Consulting Group，Inc．，2004．

［29］何 錚，徐衛(wèi)亞，石 崇，等．順層巖質(zhì)高邊坡地震變形破壞機(jī)制三維數(shù)值反演研究［J］．巖土力學(xué)，2009，30（11）：3512－3518．

（編輯：劉運(yùn)飛）

Discrete Element Simulation of Stability of Bedding Rocky Landslide Under Earthquake Action

RAN Tao，ZHAO An?ping，YIN Jian?hui
（Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China）

Abstract：In this research，we simulate the dynamic response characters and failure mechanism of landslide by u?sing the universal distinct element code（UDEC）．Enziping landslide No．2 in the Xiluodu reservoir area of Jinsha river is taken as example，and Ninghe?Tianjin earthquake record as the dynamic parameter．Simulated results show that：1）under earthquake action，slope shows obvious amplification effect，and amplification effect of acceleration is the biggest，followed by displacement，velocity；2）area of shear stress concentration and the shear strain of the slip zone dramatically increase after the peak value of the seismic wave，and the deformation and failure extended from the front to the rear of the slip zone due to the accumulation effect of shear strain；3）safety factor of landslide stability is less than 1．0 and the maximum accumulated displacement is up to 1．58 m when the earthquake stops．Through analyzing calculated data，we conclude that failure mechanism of the landslide results from the combination effect of motion amplification and shear stress concentration and the accumulation of shear strain，and the failure mode remains bedding slide．In light of failure state of the landslide，we give suitable anchoring treatment sugges?tions for reducing the risk of river closure by earthquake?induced landslide so as to ensure the operation of Xiluodu hydropower project．

Key words：bedding landslide；earthquake；dynamic response；deformation and failure mechanism；discrete ele?ment method

作者簡介：冉 濤（1985－），男，四川廣元人，博士研究生，主要從事工程地質(zhì)方面的研究工作，（電話）15901368320（電子信箱）rantaopaul＠aliyun．com。

收稿日期：2014－09－16；修回日期：2014－11－01

中圖分類號：P642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001－5485（2016）03－0115－07