巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)研究進(jìn)展

宋丹青，陳志榮，陳俊棟,3

(1.上海交通大學(xué) 船舶海洋與建筑工程學(xué)院， 上海 200030；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所， 河北 石家莊 050061；3.中鐵科學(xué)研究院有限公司， 四川 成都 611731)

2017年6月24日，四川省茂縣新磨村發(fā)生山體滑坡，這是一起由于歷史上兩次大地震導(dǎo)致山體發(fā)生破碎，巖體完整性降低，在強(qiáng)降雨作用下發(fā)生的高位山體滑坡，這使地震滑坡再次引起重視。在內(nèi)陸地形復(fù)雜區(qū)域，例如我國(guó)西部山區(qū)地形多樣復(fù)雜，地震主要將會(huì)誘發(fā)大量的滑坡，這也成為了主要的地震災(zāi)害[1-2]。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，地震滑坡對(duì)人類的生命、財(cái)產(chǎn)和居住環(huán)境產(chǎn)生了諸多不利的影響，地震滑坡災(zāi)害日益成為影響社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的一項(xiàng)重要威脅。

在國(guó)外，地震滑坡災(zāi)害嚴(yán)重，例如在2004年日本的新瀉中越地震中，產(chǎn)生了大量的滑坡，寬度50 m以上的滑坡超過了360個(gè)，造成了大量人員傷亡，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在新瀉縣受傷人員超過了3 000人[3]；在2008年巖手宮城內(nèi)陸地震(Ms=6.9)中，誘發(fā)了超過4 000個(gè)地震滑坡，造成數(shù)十人死亡和失蹤，450多人受傷[3-4]。20世紀(jì)以來，我國(guó)地震多發(fā)，震害造成的損失巨大[5]。我國(guó)地處地中海-喜馬拉雅地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間，這直接導(dǎo)致我國(guó)斷裂帶繁多，地震頻發(fā)[6]。20世紀(jì)以來，我國(guó)地震多發(fā)，震害造成的損失巨大，我國(guó)歷史上的中強(qiáng)震及其誘發(fā)的滑坡災(zāi)害如表1所示。尤其是，2008年汶川地震誘發(fā)了大量的滑坡和崩塌等地震災(zāi)害，包括大約56 000處滑坡和巖石崩塌，引起了超過了10 000多處潛在的地震災(zāi)害，尤其是巖石崩塌[6]。因此，在巖土工程和地震工程中地震作用下巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性研究已經(jīng)成為一項(xiàng)重要課題。

針對(duì)巖質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性的研究已經(jīng)取得了較多的研究成果，針對(duì)巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法研究成果進(jìn)行詳細(xì)的概述，并對(duì)最新研究進(jìn)展及其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，為地震作用下巖質(zhì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性研究提供思路。

表1 我國(guó)南北地震帶及鄰區(qū)歷史上典型ML7.5及以上大地震的地震滑坡參數(shù)統(tǒng)計(jì)[5，7]

1 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法研究

針對(duì)地震作用下邊坡穩(wěn)定性分析，目前常用的方法主要包括Newmark滑塊計(jì)算方法、擬靜力法、模型試驗(yàn)方法和數(shù)值分析方法。

1.1 擬靜力法

在邊坡穩(wěn)定性分析中，由于簡(jiǎn)便且易操作等優(yōu)點(diǎn)擬靜力法被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中[8]。Radoslaw等采用準(zhǔn)靜態(tài)方法，基于旋轉(zhuǎn)破壞機(jī)理對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[9-10]。但是，由于地震力的方向及大小是隨機(jī)變量，這就導(dǎo)致采用該方法分析地震作用下邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性時(shí)存在許多限制因素。由于擬靜力法時(shí)基于極限平衡理論，因此該方法與同靜力條件下邊坡的穩(wěn)定性分析方法相似，例如瑞典法、Janbu法、Bishop法等。但是，由于不同方法計(jì)算得到的安全系數(shù)不同，這就導(dǎo)致在工程實(shí)踐中的使用何種方法產(chǎn)生了任意性。朱宏偉等[11]針對(duì)這種現(xiàn)象，利用多種方法對(duì)邊坡地震穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)不同方法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最后得出采用Janbu法應(yīng)用于工程實(shí)踐中分析更加準(zhǔn)確的結(jié)論。李海波等[12]針對(duì)順層巖質(zhì)邊坡，利用離散元方法分析了其動(dòng)力穩(wěn)定性。但是，基于擬靜力方法計(jì)算的邊坡穩(wěn)定性與設(shè)防烈度成反比關(guān)系，因此，可以看出針對(duì)順層巖質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，傳統(tǒng)的擬靜力法并不完全適用[9]。這表明，擬靜力法并不是適用于所有的邊坡穩(wěn)定性分析。針對(duì)的地震作用下邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，擬靜力法未考慮地震的振動(dòng)次數(shù)、頻率和持時(shí)等特性，同時(shí)也未充分考慮邊坡內(nèi)巖土體的動(dòng)力特性等，由此可知，針對(duì)邊坡地震穩(wěn)定性方面的研究，擬靜力方法仍需要完善和探索。

1.2 Newmark滑塊分析法

屈服地震強(qiáng)度系數(shù)是Newmark滑塊分析法中最重要的參數(shù)。而在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中未將動(dòng)孔壓考慮進(jìn)去，這將造成在整個(gè)穩(wěn)定性計(jì)算中屈服地震強(qiáng)度系數(shù)是恒定的。為此，黃建梁等[13]為使Newmark法更加合理，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，將Sarma假定引入邊坡地震安全系數(shù)計(jì)算中，得到了動(dòng)孔壓，這將使邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性評(píng)價(jià)更加可靠。劉忠玉等[14]針對(duì)黃土地震動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，著重研究了孔壓在飽和黃土內(nèi)的變化規(guī)律，得出了地震安全系數(shù)與孔壓成反比的關(guān)系，相對(duì)于常規(guī)Newmark方法，得出的結(jié)果較大。呂漢川等[15]將地震動(dòng)力反應(yīng)與擬靜力極限平衡法相結(jié)合，采用Newmark法分析了堆積體邊坡的動(dòng)力響應(yīng)特征。陳訓(xùn)龍等[16]針對(duì)順層巖質(zhì)邊坡，將MATLAB/Simulink工具與Newmark法相結(jié)合，提出了一種新的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。Kramer等[17]對(duì)常規(guī)的Newmark方法進(jìn)行了修正，認(rèn)為邊坡的動(dòng)力響應(yīng)與其潛在的滑移面上的永久位移及材料具有密切關(guān)系，而常規(guī)的Newmark方法未將這些因素考慮進(jìn)去。Wang等[18]基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)采用Newmark方法結(jié)合觀測(cè)表面位移，對(duì)邊坡的動(dòng)力響應(yīng)特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，Newmark方法得到的永久位移與觀測(cè)位移的分析結(jié)果相吻合。李紅軍等[19]基于平均屈服加速度，提出了Newmark滑移分析法，提高了該方法的可靠性及精確度。程小杰等[20]基于Newmark累積位移法，將引入震源方位角及邊坡坡向角引入黃土滑坡評(píng)價(jià)中，將會(huì)提高小區(qū)域黃土滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的精確性。董建華等[21]提出永久位移由地震過程中及地震后兩部分位移組成，并且基于功能原理提出了地震后的永久位移計(jì)算模型，對(duì)基于Newmark法進(jìn)行修正。

綜上所述，針對(duì)地震過程中的永久位移，Newmark方法進(jìn)行了充分考慮，但是，未充分考慮地震后的位移，這將在很大程度上導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不可靠性。同時(shí)，簡(jiǎn)化了地震過程中許多計(jì)算條件，將會(huì)造成采用該方法計(jì)算結(jié)果的不可靠性。許多學(xué)者針對(duì)Newmark滑塊分析法進(jìn)行了改進(jìn)，但是針對(duì)永久位移的計(jì)算分析，仍有待進(jìn)一步改進(jìn)。

1.3 數(shù)值計(jì)算方法

自1980年以來，大量的數(shù)值計(jì)算方法被用于研究巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性。例如塊體非連續(xù)變形分析方法(DDA)、數(shù)值流形方法(NNM)，剛體有限元方法及斷裂力學(xué)有限元法等改進(jìn)的有限元方法等。此外，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究中還有將地質(zhì)學(xué)科及其他學(xué)科的新思路新方法引入進(jìn)來，例如系統(tǒng)科學(xué)、可靠度分析、灰色系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)方法等，這為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的研究提供了新方法和途徑。

言志信等[22]針對(duì)順層巖質(zhì)邊坡，利用FLAC研究了邊坡的地震動(dòng)力穩(wěn)定性，探討了地震波輸入持時(shí)、頻率、幅值等對(duì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)特征的影響。劉蕾等[23]采用FLAC/PFC2D軟件，建立含有非貫通層面和正交次級(jí)節(jié)理的逆層巖質(zhì)邊坡FLAC/PFC2D耦合計(jì)算模型，進(jìn)行地震動(dòng)力破壞過程模擬，研究了逆層巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力破壞機(jī)理。孫東亞等[24]采用DDA模擬了以極限平衡法為理論基礎(chǔ)的邊坡傾倒分析方法，結(jié)果表明在傾倒過程中，巖體的變形具有滑移及傾倒兩種狀態(tài)。王舉等[25]以汶川地震為例，利用UDEC數(shù)值模擬，對(duì)地震荷載作用下含節(jié)理面巖質(zhì)邊坡滑移、拉裂破壞的過程進(jìn)行了研究。

目前，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法主要包括：有限元法、離散元法、邊界元法、有限差分法、不連續(xù)變形分析方法、數(shù)值流形法等[26-28]。有限元法主要采用ANSYS、ABAQUS、RFPA等，其基本原理主要是將巖土體看做連續(xù)介質(zhì)，基于離散化建立近似函數(shù)將有界區(qū)域內(nèi)的無線問題進(jìn)行簡(jiǎn)化，將其簡(jiǎn)化為有限元問題，進(jìn)行巖土體的應(yīng)力應(yīng)變分析。有限元法基本上適用于所有領(lǐng)域，但是，也具有局限性，不適用于大變形、不連續(xù)巖體、無限域和應(yīng)力集中等問題。離散元法主要采用UDEC2D、UDEC3D等，將非連續(xù)介質(zhì)離散為多邊體，使塊體之間無變形協(xié)調(diào)約束，只滿足平衡方程，允許剛體或可變形體間的位移，物體變形可以為非連續(xù)。離散元方法主要適用于求解非連續(xù)介質(zhì)大變形問題，目前主要應(yīng)用于被結(jié)構(gòu)面切割的節(jié)理化或破碎結(jié)構(gòu)的巖體變形及破壞過程方面的研究。有限差分法[29]主要采用FLAC2D、FLAC3D件，將基本方程及邊界條件下的微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程進(jìn)行計(jì)算，基于有限差分原理，可以有限地模擬隨時(shí)間演化的非線性的大變形力學(xué)過程，主要適用于求解非連續(xù)介質(zhì)大變形問題，但是具有局限性，其計(jì)算邊界和單元網(wǎng)格的劃分具有很大的隨意性。不連續(xù)變形分析法[30]常用軟件為DDA，采用塊體元來模擬被非連續(xù)面切割的塊體系統(tǒng)，主要用于模擬巖體的張開、移動(dòng)、閉合等運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)巖體的局部及整體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判，但是，在針對(duì)參數(shù)選擇方面具有局限性。由此可知，采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性評(píng)判時(shí)，由于參數(shù)選取、網(wǎng)格劃分、邊界條件及某些不合理的假設(shè)，這導(dǎo)致用于邊坡穩(wěn)定性評(píng)判時(shí)具有較多的局限性。

1.4 能量分析法

目前，基于能量分析方法進(jìn)行損傷識(shí)別研究主要用于結(jié)構(gòu)工程中。但是，隨著邊坡地震穩(wěn)定性研究的深入，能量分析方法開始被引入到邊坡地震穩(wěn)定性研究中。能量分析方法成為了邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性研究的一種發(fā)展趨勢(shì)?；谀芰糠治龇椒ǖ倪吰聞?dòng)力穩(wěn)定性常用方法主要包括Hilbert-Huang變換(HHT)、小波分析方法、時(shí)序模型方法、基于模型修正的損傷識(shí)別方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法等。

基于力學(xué)平衡理論可以用于邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，但是，并不適用于邊坡產(chǎn)生大變形的情形中。Kokusho等[31]為此提出了一種能量方法，該方法基于剛性塊體模型，在較大的地震能量作用下也不會(huì)使邊坡發(fā)生較大的滑動(dòng)破壞，同時(shí)，基于能量方法提出了等效摩擦系數(shù)，為研究地震穩(wěn)定性問題提供了新思路。Fan等[32]基于HHT邊際譜理論從能量的傳播特征角度，分析了地震作用下巖質(zhì)邊坡的震害損傷特征及發(fā)展過程。王秀英等[33]采用Arias強(qiáng)度，考慮了地震時(shí)間-頻率-幅值三個(gè)特性，對(duì)地震作用下邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明采用Arias強(qiáng)度從能量角度對(duì)其動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析具有推動(dòng)作用。徐光興等[34]基于能量守恒原理，建立了針對(duì)地震過程中評(píng)價(jià)滑坡動(dòng)力穩(wěn)定性的能量反應(yīng)方程，研究了地震作用下滑坡體系中能量的轉(zhuǎn)化、傳遞及耗散過程，基于能量法推導(dǎo)了的邊坡永久位移計(jì)算公式。

基于實(shí)測(cè)信號(hào)的損傷識(shí)別技術(shù)可以直接針對(duì)邊坡的損傷位置進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)可以對(duì)震害損傷發(fā)展過程進(jìn)行分析，它不需要建立有限元模型進(jìn)行分析，對(duì)傳感器布設(shè)方位及位置具有較高要求。在實(shí)際過程中，如果需要對(duì)邊坡震害損傷程度及位置進(jìn)行判識(shí)，需要與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行分析?；趧?dòng)力的損傷識(shí)別方法容易在工程中實(shí)施，目前震害損傷判識(shí)方法已經(jīng)在結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛應(yīng)用，但是，目前損傷識(shí)別技術(shù)并未在巖土工程中得到廣泛應(yīng)用。尤其是汶川地震以后，大量邊坡存在不同程度的震害損傷，在外界誘發(fā)因素下(例如地震及降雨作用下等)將會(huì)出現(xiàn)大量的滑坡、崩塌和泥石流等次生地震災(zāi)害。因此，對(duì)于邊坡的震害損傷識(shí)別方法的研究急需進(jìn)行研究，但是，目前針對(duì)這方面的研究還處于探索階段。

1.5 模型試驗(yàn)方法

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室模擬地震的重要方法之一，由于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可以較真實(shí)地模擬地面運(yùn)動(dòng)及其對(duì)建筑物的影響作用，因此，振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)可以較好地用于研究地震動(dòng)破壞機(jī)理及其破壞模式研究，也可以較好地評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的整體性抗震動(dòng)力，在地震工程研究中得到了廣泛應(yīng)用。

Che[35]基于有限元?jiǎng)恿Ψ治龊痛笮驼駝?dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)含不連續(xù)節(jié)理巖質(zhì)邊坡的地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律及其破壞機(jī)制進(jìn)行了分析。Fan等[32]基于大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了含不同軟弱結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡的地震穩(wěn)定性及其破壞機(jī)制。Liu等[36]針對(duì)含有軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡采用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了地形效應(yīng)及地質(zhì)效應(yīng)對(duì)地震作用下巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律的影響。Huang等[37]采用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，建立硬巖和軟巖兩種不同巖性的巖質(zhì)邊坡模型，研究了兩種邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。Lin等[38]通過大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，針對(duì)加固后的堤岸邊破進(jìn)行試驗(yàn)，研究了地震作用下不同加固方案對(duì)邊坡動(dòng)力特性的影響。針對(duì)不同巖性的邊坡，Massey等[39]基于大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，探討了巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性，對(duì)比了不同地質(zhì)材料條件下的動(dòng)力穩(wěn)定性變化。Song等[40]基于大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了含不連續(xù)結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。

王思敬等[41]基于振動(dòng)模擬試驗(yàn)，研究了地震作用下巖質(zhì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性問題。許強(qiáng)[42]通過采用大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，針對(duì)含有水平層狀上軟下硬和上硬下軟兩種不同巖性組合的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了兩種巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力特性?？讘椌┑萚43]利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，針對(duì)加筋土與邊坡地震穩(wěn)定性的關(guān)系進(jìn)行了分析，同時(shí)分析了加筋密度及長(zhǎng)度對(duì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的影響。董金玉等[44]基于大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，通過建立順層邊坡模型研究了地震作用下巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。葉海林等[45]基于大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，通過使輸入地震波幅值逐級(jí)增加，研究了邊坡動(dòng)力破壞特征。宋波等[46]基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)好砂質(zhì)邊坡的有限元分析模型研究了地下水上升與邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)及邊坡破壞模式的關(guān)系。楊國(guó)香等[47]基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，針對(duì)不同地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡進(jìn)行了研究，分析了地震動(dòng)輸入?yún)?shù)對(duì)巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性的影響。針對(duì)層狀邊坡，范剛等[48]采用大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了層狀邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性，并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了巖質(zhì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性的影響因素。

綜上所述，大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)作為一種研究地震作用下邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律已被廣大學(xué)者廣泛使用，大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)已經(jīng)成為一種有效、可靠的研究方法。但是，由于巖質(zhì)邊坡巖體結(jié)構(gòu)和動(dòng)力問題的復(fù)雜性，利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性具有一定的局限性，例如振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)具有尺寸效應(yīng)、難以分析地震波場(chǎng)的在邊坡內(nèi)部的傳播特性等。因此，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡利用大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)分析其動(dòng)力問題的研究還需不斷發(fā)展和完善。

1.6 巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)特征研究進(jìn)展

目前，針對(duì)巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)特征的主要集中于含不連續(xù)節(jié)理邊坡、含軟弱結(jié)構(gòu)面邊坡等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡，以下針對(duì)對(duì)不同類型邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

針對(duì)均質(zhì)邊坡、含不連續(xù)節(jié)理邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，Che等[35]采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了有限元?jiǎng)恿τ?jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，在坡體內(nèi)部或坡體表面加速度放大系數(shù)隨著高程增加而逐漸增加，相比之下均質(zhì)邊坡的放大系數(shù)最小，含順向及反傾不連續(xù)節(jié)理巖質(zhì)邊坡的放大系數(shù)最大，順向不連續(xù)節(jié)理邊坡及逆向不連續(xù)節(jié)理邊坡放大系數(shù)相近。Song等[40]利用大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)分析了含不連續(xù)結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，結(jié)果表明(見圖1)：邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)具有典型的地質(zhì)效應(yīng)及地形效應(yīng)，高程、坡面及結(jié)構(gòu)面具有放大效應(yīng)。Fan等[32]利用振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)對(duì)比分析了順向及反傾邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，結(jié)果表明(見圖2和圖3)：順向邊坡的放大系數(shù)相對(duì)于反傾邊坡較大。目前，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律越來越多，但是由于其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性，其動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律仍需進(jìn)一步研究。

圖1 含不連續(xù)結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡放大系數(shù)變化規(guī)律

圖2 順向巖質(zhì)邊坡放大系數(shù)變化規(guī)律

圖3反傾巖質(zhì)邊坡放大系數(shù)變化規(guī)律

2 結(jié)論及展望

目前，針對(duì)巖質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的常用方法主要包括Newmark滑塊計(jì)算方法、擬靜力法、模型試驗(yàn)方法和數(shù)值分析方法。擬靜力法及Newmark方法在評(píng)價(jià)巖質(zhì)邊坡動(dòng)力穩(wěn)定性方面具有一定的局限性。擬靜力法未考慮地震的振動(dòng)次數(shù)、頻率和持時(shí)等特性，同時(shí)也未考慮巖土體的材料的動(dòng)力性質(zhì)。Newmark方法簡(jiǎn)化了許多計(jì)算條件，同時(shí)未將震后巖土體的永久位移考慮進(jìn)去，僅考慮了地震中的永久位移，這將使Newmark方法的計(jì)算結(jié)果存在較大程度的不可靠性。數(shù)值計(jì)算方法及室內(nèi)模型試驗(yàn)方法是研究地震作用下巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)特征的兩種重要手段，但是，單一的研究方法的可信度不如多手段研究方法高，其研究范圍也不如多手段廣，這是由單一方法的局限性決定的。例如，數(shù)值計(jì)算方法雖具有可操作性強(qiáng)、重復(fù)性高等特點(diǎn)，但是由于其自身局限性，對(duì)于復(fù)雜構(gòu)造邊坡計(jì)算將會(huì)發(fā)生不收斂現(xiàn)象，或?qū)τ?jì)算過程中的一些條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，模型介質(zhì)本構(gòu)模型不完善等缺陷，這會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的可信度造成影響。模型試驗(yàn)也具有尺寸效應(yīng)和重力失真效應(yīng)，難以模擬真實(shí)地震波等缺點(diǎn)，同時(shí)由于模型試驗(yàn)成本高，操作復(fù)雜和不可重復(fù)等缺點(diǎn)，難以對(duì)多類型巖質(zhì)邊坡進(jìn)行試驗(yàn)。未來多種研究方法相結(jié)合的研究手段將成為一種發(fā)展趨勢(shì)，這將會(huì)在很大程度上避免某一種方法計(jì)算結(jié)果帶來的局限性，提高計(jì)算結(jié)果的可靠性及準(zhǔn)確性。

針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性方面的研究仍需進(jìn)一步深入探討。尤其是含軟弱結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡是一種常見的地質(zhì)體，在靜力作用下的受力特征、穩(wěn)定性判識(shí)方法等方面的研究取得了較多的研究成果。但是，地震作用下復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡動(dòng)力響應(yīng)特征、破壞機(jī)制及穩(wěn)定性判別方法還需要進(jìn)一步研究。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)特征及其動(dòng)力穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，主要存在如下問題：

(1) 目前許多學(xué)者對(duì)地震作用下巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力響應(yīng)特征進(jìn)行了研究，但是已有的研究成果不夠深入，尚需進(jìn)一步深入研究，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡的研究較少，尤其是對(duì)同時(shí)含順向及逆向軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡研究更少，急需開展該類型邊坡的地震響應(yīng)特征及其變形破壞機(jī)制研究。目前，針對(duì)地震作用下巖質(zhì)邊坡響應(yīng)規(guī)律的研究及對(duì)地形效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，多是關(guān)于邊坡頂部放大及坡底衰減，對(duì)邊坡的整個(gè)坡面上及坡體內(nèi)部的作用效應(yīng)認(rèn)識(shí)具有局限性，還未形成定量規(guī)律，尤其是對(duì)于含軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡難以指導(dǎo)抗震設(shè)計(jì)。

(2) 針對(duì)庫(kù)水作用下的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究，在靜力方面已經(jīng)取得很多研究成果，但是，目前針對(duì)庫(kù)水作用下復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡地震響應(yīng)特征的研究尚無文獻(xiàn)進(jìn)行研究，尤其是庫(kù)時(shí)驟降對(duì)邊坡穩(wěn)定性較為不利已經(jīng)成為了共識(shí)，但是，庫(kù)水驟降及地震作用兩個(gè)不利因素聯(lián)合作用下，復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力穩(wěn)定性及其破壞演化過程還需要深入探討。

(3) 目前，研究巖質(zhì)邊坡地震動(dòng)力響應(yīng)特征大多是在時(shí)間域進(jìn)行研究，已有一些文獻(xiàn)研究了時(shí)間域的巖質(zhì)邊坡的加速度響應(yīng)和位移響應(yīng)，但是，針對(duì)時(shí)間域內(nèi)的研究最終要?dú)w結(jié)到頻率域進(jìn)行分析。但是，針對(duì)頻率域的邊坡動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律方面的研究較少，特別是對(duì)于含軟弱結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡的研究更少，因此，針對(duì)頻率域的庫(kù)水及地震作用下含軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡的地震響應(yīng)特征應(yīng)進(jìn)一步研究，在頻率域研究地震動(dòng)輸入?yún)?shù)、地形效應(yīng)(高程、坡體地形)、地質(zhì)效應(yīng)(軟弱結(jié)構(gòu)面)和庫(kù)水驟降對(duì)其地震響應(yīng)特征的影響，在頻率域進(jìn)一步揭示其動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。

(4) 巖質(zhì)邊坡因具有不連續(xù)節(jié)理、軟弱結(jié)構(gòu)面、層面等，致使其地震動(dòng)力特性研究更加復(fù)雜，地震在軟弱結(jié)構(gòu)面等具有反射和折射現(xiàn)象，使能量發(fā)生重新分布，這一作用對(duì)巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力響應(yīng)特征的影響是目前急需研究的一項(xiàng)重要課題。軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)巖質(zhì)邊坡的受力特征及其動(dòng)力穩(wěn)定性具有重要影響，尤其是具有雙向軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)的影響更加復(fù)雜，針對(duì)不同類型軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)巖質(zhì)邊坡的地震響應(yīng)特征及其穩(wěn)定性的影響規(guī)律尚需進(jìn)一步研究。通常認(rèn)為具有反傾結(jié)構(gòu)面時(shí)邊坡的地震穩(wěn)定性較好，但是，針對(duì)均質(zhì)，含反傾結(jié)構(gòu)面、含順向結(jié)構(gòu)面和含雙向結(jié)構(gòu)面四種類型的邊坡的地震動(dòng)力響應(yīng)特征的差異尚不明確。

(5) 采用能量方法對(duì)地震過程中工程結(jié)構(gòu)的損傷評(píng)價(jià)已經(jīng)有了許多研究成果，判識(shí)方法已經(jīng)日趨成熟。但是，基于能量的震害損傷識(shí)別方法在巖質(zhì)邊坡中的應(yīng)用仍處于探索階段，尤其是針對(duì)含雙向軟弱結(jié)構(gòu)面的巖質(zhì)邊坡尚未進(jìn)行研究。此外，在地震過程中僅依靠邊坡失穩(wěn)的破壞現(xiàn)象，或通過觀察實(shí)驗(yàn)過程中的破壞現(xiàn)象只能定性分析邊坡的破壞損傷過程。目前，采用數(shù)值計(jì)算方法雖然可以模擬地震破壞的失穩(wěn)過程，但是缺乏室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證，其模擬結(jié)果缺乏可信度，因此，針對(duì)這一問題仍需建立一種可以判別含軟弱結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡震害損傷方法，并且和試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。

(6) 目前，針對(duì)地震作用下邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法，擬靜力法僅能考慮地震波的峰值，滑塊分析法僅能考慮地震波時(shí)間域特性，數(shù)值計(jì)算方法在計(jì)算過程中不得不對(duì)某些條件進(jìn)行簡(jiǎn)化，或是由于邊坡地質(zhì)構(gòu)造過于復(fù)雜而使計(jì)算結(jié)果不收斂，模型試驗(yàn)由于成本高、操作復(fù)雜而具有較高的推廣難度。因此，針對(duì)地震波的時(shí)間-頻率-幅值特性，急需建立一種可以考慮其特性的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。含軟弱結(jié)構(gòu)面巖質(zhì)邊坡的地震響應(yīng)特征、結(jié)構(gòu)特征影響、震害損傷識(shí)別及地震穩(wěn)定性判識(shí)方法是研究巖土領(lǐng)域的一個(gè)前沿性課題。缺少多手段研究，數(shù)值計(jì)算可以做到試驗(yàn)難以完成是復(fù)雜工作，試驗(yàn)可以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算，還可以更加真實(shí)地反映破壞情況，最終需要在理論上揭示機(jī)理。