丘陵地貌區(qū)斜坡強(qiáng)震動(dòng)響應(yīng)特征
——以四川省長(zhǎng)寧縣為例

王運(yùn)生,明偉庭,劉江偉,趙 波

(成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059)

0 引 言

近年來,前人對(duì)汶川地震、蘆山地震的調(diào)查與研究發(fā)現(xiàn)，不同地形地貌的災(zāi)害發(fā)育差異較大[1-7]。其中，低山、丘陵地貌區(qū)的條形山體、單薄山脊、孤峰式山體、塔狀山頂破壞程度明顯，中山地貌區(qū)的多面臨空山體、山嘴兩側(cè)、坡型轉(zhuǎn)折部位震害顯著，多表現(xiàn)為滑坡、崩塌。中山峽谷地貌區(qū)和V形峽谷地貌區(qū)災(zāi)害數(shù)量高于U形峽谷地貌區(qū)[1-5]。對(duì)于上述特殊地形地貌出現(xiàn)震害的差異，David于2008年提出了背坡面效應(yīng)，表述為：在發(fā)震斷裂帶近于垂直的溝谷斜坡中，地震波傳播方向與坡向相反一側(cè)的滑坡發(fā)育程度大于迎坡面一側(cè)[8]。唐春安等采用應(yīng)力波理論，認(rèn)為入射波在臨空面處反射為一個(gè)等大反向的波，入射波與反射波疊加使此處的加速度增大[9]。許強(qiáng)等通過分析汶川地震和蘆山地震中地質(zhì)災(zāi)害的優(yōu)勢(shì)方位,直接揭示了背坡面效應(yīng)[10-11]，該效應(yīng)的一種宏觀表現(xiàn)方式為滑坡災(zāi)害集中在背坡面，另一種宏觀表現(xiàn)方式為山體在不同方向的搖晃程度不同，后者通常在地震發(fā)生時(shí)不易被發(fā)現(xiàn)，但在地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中可以體現(xiàn)出來。賀建先等通過康定地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也間接證實(shí)了背坡面效應(yīng)的存在[12]。

此外，前人試圖采用數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)來揭示斜坡地震動(dòng)響應(yīng)機(jī)理。劉勇等采用改進(jìn)的非連續(xù)變形分析(DDA)方法，分析了節(jié)理、巖性分界面及軟弱夾層等地質(zhì)模型對(duì)地震動(dòng)的響應(yīng)程度，認(rèn)為節(jié)理對(duì)地震波傳播具有透射效應(yīng)，且當(dāng)節(jié)理間距與輸入波長(zhǎng)的比值小于臨界值時(shí)，其比值越大，節(jié)理對(duì)地震波的透射作用越強(qiáng)[13]。辛聰聰?shù)葘?duì)四川九寨溝余震進(jìn)行分析，揭示了斜坡地震動(dòng)的水平響應(yīng)機(jī)理[14]。Wang等認(rèn)為水平地面加速度峰值隨距隧洞入口深度的增加而減小，并且隨距離變化表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性趨勢(shì)[15]。李英民等采用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法分析不同坡角、高度、平臺(tái)寬度的單峰凸起地形的地震響應(yīng)情況，發(fā)現(xiàn)其具有良好的效率與精度[16]。李宗超等通過經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)法以及其他大地震的余震類似反演法，獲取了目標(biāo)地震的強(qiáng)度特征，用于評(píng)估與預(yù)測(cè)無實(shí)測(cè)地震數(shù)據(jù)處的地震動(dòng)強(qiáng)度[17]。Del Gaudio等使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入，考慮地形變化和介質(zhì)特性的模型，建立了四川喬莊地區(qū)斜坡地震動(dòng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)數(shù)值模型，并進(jìn)行地形和地質(zhì)條件下的放大效應(yīng)分析[18]。Luo等采用標(biāo)準(zhǔn)Nakamura方法和一種基于瞬時(shí)極化特性的新技術(shù)，揭示了某些區(qū)域無法識(shí)別的場(chǎng)地共振特性[19]。

目前，中高山峽谷地貌區(qū)的斜坡地震動(dòng)響應(yīng)機(jī)理的相關(guān)研究較多，而丘陵或低山地貌區(qū)還缺乏系統(tǒng)研究，尤其是余震頻發(fā)且存在一定危害的地區(qū)，還需要大量的地震監(jiān)測(cè)資料來支撐。2019年6月17日，四川省長(zhǎng)寧縣發(fā)生Ms6.0級(jí)地震[20]，地震觸發(fā)100余個(gè)崩塌，直接的威脅對(duì)象有96個(gè)。此后強(qiáng)余震不斷，于7月4日，珙縣又發(fā)生了最大Ms5.6級(jí)余震,地震導(dǎo)致13人死亡，200多人受傷，大量房屋受損，造成了嚴(yán)重的損失。本文通過在四川省長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)登云亭山體處布置強(qiáng)震監(jiān)測(cè)儀器，以此處斜坡地震動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析了典型余震的峰值加速度(PGA)、阿里亞斯強(qiáng)度，并進(jìn)一步研究了地震波的地形放大效應(yīng)；同時(shí)，采用水平/豎直向譜比法(HVSR)分析局部場(chǎng)地效應(yīng)，結(jié)合傅里葉頻譜、加速度反應(yīng)譜，綜合分析砂、頁巖順傾斜坡的地震動(dòng)響應(yīng)特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長(zhǎng)寧縣地處四川盆地南部邊緣，位于四川盆地與云貴高原的過渡地區(qū)，南部為中低山地貌，中北部為丘陵地貌。由監(jiān)測(cè)點(diǎn)與震中位置關(guān)系(圖1)可知，長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震震中位于華鎣山斷裂分支斷層與雅安—宜賓斷裂分支斷層的交匯處。余震主要往NW向雅安—宜賓斷裂分支斷層遷移。

圖1 四川長(zhǎng)寧Ms 6.0級(jí)地震及其余震分布Fig.1 Distribution of Changning Ms 6.0 Earthquake and Its Aftershocks in Sichuan

地震監(jiān)測(cè)剖面(圖2)位于四川省長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)荷葉村，斜坡結(jié)構(gòu)為順傾坡，坡頂為圓形平臺(tái)，出露下奧陶統(tǒng)湄潭組(O1m)灰綠色砂質(zhì)泥巖，表面強(qiáng)風(fēng)化，巖層產(chǎn)狀為10°∠45°，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀為110°∠64°、214°∠63°，地形坡度為30°～40°，覆蓋層為黏土夾碎石。登云亭剖面共設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)儀器為中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所研發(fā)的G01NET-3型結(jié)構(gòu)與斜坡地震動(dòng)響應(yīng)監(jiān)測(cè)儀，其輸入量程為-10～+10 V，分辨率為0.005 mV，動(dòng)態(tài)范圍不低于120 dB。傳感器為三分量輸出的力平衡加速度計(jì)，測(cè)量范圍為±2.0g，靈敏度為1.1 V·g-1。

圖2 地震監(jiān)測(cè)剖面Fig.2 Earthquake Monitoring Section

2 余震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由于野外地震監(jiān)測(cè)儀器易受到噪音以及其他人類活動(dòng)等因素的干擾，需要對(duì)地震監(jiān)測(cè)儀器設(shè)置響應(yīng)閾值。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于極震區(qū)，山頂處人類工程活動(dòng)較少，所以山頂處響應(yīng)閾值設(shè)為0.01g。截至2019年7月5日，登云亭山頂處監(jiān)測(cè)點(diǎn)成功監(jiān)測(cè)到40多次余震。將力平衡加速度計(jì)采集到的原始加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(包括數(shù)據(jù)初步篩選)，以及采用SeismoSignal專業(yè)地震數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基線校正與濾波，并據(jù)此獲取震源深度-震中距-震級(jí)關(guān)系(圖3)。長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震序列余震頻次較多，但強(qiáng)度不大，最大為7月4日Ms5.6級(jí)地震，震中距主要為3～15 km，震源深度為4～16 km，均為淺源地震。圖4顯示了D2監(jiān)測(cè)點(diǎn)處余震3個(gè)方向(水平東西向、水平南北向、豎直向)峰值加速度與震級(jí)、震中距的關(guān)系。由圖4可知：峰值加速度最大值對(duì)應(yīng)7月3日Ms4.8級(jí)地震；水平東西向峰值加速度大于1 m·s-2的余震有5次；水平南北向峰值加速度大于1 m·s-2的余震有6次，大于2 m·s-2有3次；97%的余震豎直向峰值加速度小于1 m·s-2。

圖3 部分余震信息Fig.3 Information of Partial Aftershocks

圖4 D2監(jiān)測(cè)點(diǎn)峰值加速度與震中距、震級(jí)的關(guān)系Fig.4 Relationships Between Peak Acceleration and Epicentral Distance, Magnitude in Monitoring Point D2

阿里亞斯強(qiáng)度(Iα)是一種可以表示地震烈度的參數(shù)，其簡(jiǎn)化公式為

(1)

式中：α(t)為某一分量t的地震動(dòng)加速度時(shí)程；T為地震動(dòng)加速度記錄的總持續(xù)時(shí)間。

羅永紅等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)峰值加速度約為1 m·s-2時(shí)，阿里亞斯強(qiáng)度變化顯著[21]，但沒有給出具體的變化形式。本文統(tǒng)計(jì)選取了38次余震的峰值加速度與阿里亞斯強(qiáng)度，并對(duì)二者進(jìn)行非線性擬合，采用判定系數(shù)(R2)及殘差平方和(RSS)來評(píng)價(jià)擬合程度。判定系數(shù)越接近1，殘差平方和越小，擬合效果則越好。擬合函數(shù)為

Iα=axb

(2)

式中：x為峰值加速度；a、b為常數(shù)(a>0、b>1)。

由擬合參數(shù)(表1)可得：判定系數(shù)均在0.96以上，水平南北向殘差平方和相對(duì)較大，其余方向殘差平方和較小，擬合效果與客觀事實(shí)較為一致。

表1 峰值加速度與阿里亞斯強(qiáng)度擬合參數(shù)Tab.1 Fitting Parameters of Peak Acceleration and Arias Intensity

圖5顯示了峰值加速度與阿里亞斯強(qiáng)度的關(guān)系。由圖5可知：當(dāng)峰值加速度小于1.0 m·s-2時(shí)，阿里亞斯強(qiáng)度變化幅度很小；當(dāng)峰值加速度大于1.0 m·s-2時(shí)，阿里亞斯強(qiáng)度變化呈現(xiàn)倍增的趨勢(shì)。阿里亞斯強(qiáng)度為加速度平方在地震持續(xù)時(shí)間內(nèi)的積分函數(shù)，峰值加速度臨界值約為1.0，此時(shí)阿里亞斯強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)明顯變化。對(duì)小于1.0 m·s-2的加速度進(jìn)行積分計(jì)算后，其值更??；而大于1.0 m·s-2的經(jīng)積分計(jì)算后，其值更大，且其放大系數(shù)會(huì)增加幾十倍甚至更大。通過以上分析可以推測(cè)，當(dāng)峰值加速度大于1.0 m·s-2時(shí)，若持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在二者雙重影響下，阿里亞斯強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)陡增趨勢(shì)，尤其是在山嘴兩側(cè)、多面臨空山體、孤峰式山體等部位震動(dòng)更加強(qiáng)烈。當(dāng)?shù)卣鹪趲r土體處累積的能量超過其抗拉或抗剪強(qiáng)度時(shí)，宏觀表現(xiàn)為拉裂、滑塌等現(xiàn)象[22-23]，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。筆者對(duì)長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震地表破裂特征的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地震誘發(fā)了如圖6(b)、(c)所示的雙河鎮(zhèn)竹雞山典型崩塌災(zāi)害。隨后，7月3日余震在龍頭鎮(zhèn)筆架山觸發(fā)了如圖6(d)所示的約300 m3崩塌體，在雙河鎮(zhèn)登云亭山體產(chǎn)生如圖6(a)所示的表層滑塌。

圖5 峰值加速度與阿里亞斯強(qiáng)度的關(guān)系Fig.5 Relationships Between Peak Acceleration and Arias Intensity

圖6 震后典型山地災(zāi)害Fig.6 Typical Mountain Disaster After Earthquake

3 Ms 5.6級(jí)典型余震斜坡地震動(dòng)響應(yīng)綜合分析

2019年7月4日，四川省珙縣發(fā)生了Ms5.6級(jí)地震，為長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震的最大余震，導(dǎo)致新增受傷人員9人。長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震及豐富的余震均觸發(fā)了大量的山地災(zāi)害，并損毀大量建筑物，因此，本文選取Ms5.6級(jí)地震作為典型余震進(jìn)行斜坡地震動(dòng)響應(yīng)綜合分析。

3.1 地形放大效應(yīng)

峰值加速度為地震震動(dòng)過程中，地表質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度最大絕對(duì)值。而阿里亞斯強(qiáng)度為地震動(dòng)過程中單質(zhì)點(diǎn)彈性體系所消耗的單位質(zhì)點(diǎn)能量[12,14]，包含了地震動(dòng)振幅、頻率成分以及持時(shí)等信息。因此，本文選取峰值加速度和阿里亞斯強(qiáng)度作為斜坡地震動(dòng)強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，為了研究斜坡地震動(dòng)響應(yīng)在高程和微地貌處的差異特征，選取坡腳D1監(jiān)測(cè)點(diǎn)(高程為315 m)為參考點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比研究，并分析地震波的地形放大效應(yīng)。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)響應(yīng)參數(shù)特征見表2。

表2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)響應(yīng)參數(shù)特征Tab.2 Characteristics of Seismic Response Parameters of Each Monitoring Point

本文通過對(duì)峰值加速度與阿里亞斯強(qiáng)度的綜合分析可知：相對(duì)于坡腳D1監(jiān)測(cè)點(diǎn)，坡頂中部的峰值加速度在水平東西向、水平南北向、豎直向的放大系數(shù)分別為2.65、6.13、2.12，坡頂靠近臨空面處的峰值加速度放大系數(shù)分別為4.29、8.49、4.19；相對(duì)于坡腳D1監(jiān)測(cè)點(diǎn)，坡頂中部的阿里亞斯強(qiáng)度在水平東西向、水平南北向、豎直向的放大系數(shù)分別為6.76、39.43、4.38，坡頂靠近臨空面處的阿里亞斯強(qiáng)度放大系數(shù)分別為13.71、64.28、7.63。

綜上所述，坡頂無論峰值加速度還是阿里亞斯強(qiáng)度，放大系數(shù)均大于1，說明坡頂?shù)牡卣饎?dòng)響應(yīng)強(qiáng)于坡腳，且峰值加速度放大系數(shù)的變化趨勢(shì)與阿里亞斯強(qiáng)度相似(圖7)，但后者地震動(dòng)響應(yīng)強(qiáng)度明顯大于前者。這說明阿里亞斯強(qiáng)度作為評(píng)判地震強(qiáng)弱的指標(biāo)更為合理，且更加精細(xì)化。在各監(jiān)測(cè)方向上，放大系數(shù)由大到小依次為水平南北向、水平東西向、豎直向，表明山體在地震作用下南北搖晃更加猛烈，地震動(dòng)強(qiáng)弱表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)方位(方向效應(yīng))。為了探究方向效應(yīng)的緣由，結(jié)合此處地形特征發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于雙河鎮(zhèn)西北部山體，此處山體形似“L”狀，且為條形山體，長(zhǎng)約6.9 km，在山體走向144°方向、6.2 km處山體出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折山體長(zhǎng)約0.7 km，走向?yàn)?0°(呈NEE向)。登云亭D2、D3監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處部位就處于轉(zhuǎn)折山體處，珙縣Ms5.6級(jí)地震震中位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)280°方向。當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綏l形山體時(shí)，山體會(huì)垂直或近似垂直其走向發(fā)生晃動(dòng)，此處山體走向?yàn)镹EE向，且位于轉(zhuǎn)折端，南北向晃動(dòng)更加猛烈，山體最大監(jiān)測(cè)位移為南北向的0.008 05 m。

圖7 峰值加速度和阿里亞斯強(qiáng)度放大系數(shù)分布Fig.7 Distributions of Enlargement Coefficients of Peak Acceleration and Arias Intensity

另外，山體對(duì)地震波具有高位放大效應(yīng)，這種效應(yīng)在斜坡臨空面處最為強(qiáng)烈。D3監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，隨著高程與微地貌的變化，峰值加速度在斜坡臨空面處達(dá)到最大值，水平南北向?yàn)?.171 m·s-2，且在臨空面處峰值加速度放大系數(shù)最大可達(dá)8.49，阿里亞斯強(qiáng)度放大系數(shù)最大可達(dá)64.28。由上述分析可以推測(cè)：當(dāng)局部地形有利于反射波的匯聚[圖8(c)]時(shí)，其峰值加速度快速增大，并且當(dāng)峰值加速度的幅值超過臨界值時(shí)，地震動(dòng)能量發(fā)生突變，在坡頂處累積，一旦局部地形累積的能量大于巖土體的抗拉、抗剪等強(qiáng)度時(shí)，斜坡會(huì)表現(xiàn)出震裂、崩塌、滑坡等宏觀現(xiàn)象，若斜坡處于高山峽谷高位時(shí)或位于背坡面一側(cè)[圖8(a)]，滑坡達(dá)到臨界啟程速度形成拋射效應(yīng)[2]；相反，當(dāng)山體地形條件有利于反射波的發(fā)散[圖8(b)]時(shí)，其震動(dòng)能量并不會(huì)急劇增加，產(chǎn)生的能量強(qiáng)度不足以導(dǎo)致巖土體的損傷破壞。

圖8 背坡面效應(yīng)與地形效應(yīng)模式Fig.8 Models of Back Slope and Topographic Effects

3.2 頻譜特征

震動(dòng)峰值僅僅表示地震動(dòng)某一局部時(shí)刻強(qiáng)度的衡量，而地震動(dòng)頻譜則表示了地震動(dòng)的頻域特征[24]。本文通過傅里葉頻譜特征來分析局部地形對(duì)于地震波的響應(yīng)差異。由頻譜特征分析可知：坡頂中部和臨空面處地震波主頻率均為3.3～5.0 Hz，以低頻為主；而坡腳處地震波主頻率為8.0～11.5 Hz(圖9)。斜坡表面傅里葉頻譜值比內(nèi)側(cè)大，高頻成分的地震波被山體過濾掉。這是地震脈沖在地層內(nèi)傳播時(shí)，由于地層的吸收、反射、透射等作用而造成脈沖的現(xiàn)象，大地對(duì)地震波具有低通濾波作用，且在斜坡高位處表現(xiàn)最為明顯。

圖9 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傅里葉頻譜Fig.9 Fourier Spectrums of Each Monitoring Point

確定場(chǎng)地地震動(dòng)反應(yīng)的方法可分為經(jīng)驗(yàn)法和理論分析兩類。本文引入了非參考場(chǎng)地的經(jīng)驗(yàn)法——水平/豎直向譜比法，該方法不受參考場(chǎng)地、參考事件的限制[25]，因此，對(duì)場(chǎng)地卓越周期的評(píng)價(jià)較為客觀。水平/豎直向譜比法是在標(biāo)準(zhǔn)譜比法(SSR)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善與優(yōu)化，消除了震源、傳播路徑對(duì)于反應(yīng)譜的影響，適用于局部場(chǎng)地的特征分析。這一方法的理論出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)為地脈動(dòng)中面波占相當(dāng)大的成分，而場(chǎng)地放大效應(yīng)主要是由覆蓋于彈性半空間上的軟弱土層引起的[26]。通常認(rèn)為水平/豎直向譜比法在阻抗比較大的情況下可以得到可靠的場(chǎng)地卓越周期[27-28]。根據(jù)單點(diǎn)水平/豎直向譜比法可知：坡頂水平/豎直向譜比曲線在10 Hz以下差異較大；坡腳在15 Hz以上時(shí)，水平南北向的譜比系數(shù)小于水平東西向；坡頂場(chǎng)地存在多個(gè)卓越頻率，頻率為2.7～10.0 Hz，高頻處為25～35 Hz(圖10)。綜上所述，坡頂高頻成分地震波較少，起主導(dǎo)作用的是低頻成分(小于5 Hz)，坡腳場(chǎng)地卓越周期為6.9、11.6 Hz。若地震波的主頻率與場(chǎng)地的卓越頻率相同或接近時(shí)，容易引起共振，使地震災(zāi)害加重。

圖10 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平/豎直向譜比曲線Fig.10 Curves of Horizontal/Vertical Spectrum Ratio of Each Monitoring Point

3.3 加速度反應(yīng)譜

加速度反應(yīng)譜是地震動(dòng)特性的一種表現(xiàn)形式，可以體現(xiàn)出單質(zhì)點(diǎn)體系的地震反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自振周期的關(guān)系。本文計(jì)算了阻尼比在5%條件下的加速度反應(yīng)譜(圖11)。由圖11可知：坡腳處加速度反應(yīng)譜呈現(xiàn)窄細(xì)的“單峰值”型，斜坡高位處表現(xiàn)出寬厚的“多峰值”型；坡頂處特征周期約為0.25 s，坡腳處特征周期為0.10 s。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)，長(zhǎng)寧縣抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.05g，屬于Ⅱ類建筑場(chǎng)地[29]。本文將5%阻尼比條件下的加速度反應(yīng)譜與規(guī)范中的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜進(jìn)行對(duì)比分析。研究區(qū)震中距約為14 km，坡腳處加速度反應(yīng)譜均未超過Ⅵ度罕遇地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，但在特殊的局部地形處(凸起山頂)達(dá)到或超過Ⅸ度罕遇地震的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究區(qū)內(nèi)未達(dá)到Ⅵ度抗震標(biāo)準(zhǔn)的建筑可能會(huì)在本次地震中有較大破壞。此外，水平南北向的加速度反應(yīng)譜明顯大于其他方向，特征周期為0.10～0.28 s，且大于1.0 s的中長(zhǎng)周期加速度反應(yīng)譜較小。因此，本次地震對(duì)自振周期大的壩體、橋梁設(shè)施以及高層建筑物等不會(huì)造成嚴(yán)重破壞。

圖11 監(jiān)測(cè)記錄反應(yīng)譜與設(shè)計(jì)反應(yīng)譜對(duì)比Fig.11 Comparisons of Monitoring Record Response Spectrum and Design Response Spectrum

3.4 與高山峽谷高位斜坡動(dòng)響應(yīng)的對(duì)比

四川省瀘定縣冷竹關(guān)處布置有長(zhǎng)期地震監(jiān)測(cè)剖面，且冷竹關(guān)溝呈“V”字形。其右岸為冷竹關(guān)溝谷出口的單薄山梁，最高處海拔約為1 522 m；左岸斜坡為渾厚山體，坡度較陡，屬中高山斜坡地貌，高差大于1 000 m。已有研究顯示，右岸單薄山梁地震動(dòng)地形放大效應(yīng)明顯強(qiáng)于左岸中高山斜坡[21]。因此，選取右岸單薄山梁作為與丘陵地貌區(qū)條形山體地震動(dòng)響應(yīng)對(duì)比分析的對(duì)象，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)及地震基本信息見表3。

表3 不同地貌類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本信息Tab.3 Basic Informations of Monitoring Points in Different Geomorphic Types

長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震觸發(fā)了大量的小型崩塌地質(zhì)災(zāi)害，與蘆山Ms7.0級(jí)地震觸發(fā)山地災(zāi)害類型較為

相似[30]。根據(jù)在單薄山梁監(jiān)測(cè)到的蘆山Ms7.0級(jí)地震和康定Ms6.3級(jí)地震數(shù)據(jù)[12,21]，從動(dòng)力學(xué)角度計(jì)算單薄山梁頂部(高程為1 516 m)與中部(高程為1 478 m)的峰值加速度、阿里亞斯強(qiáng)度放大系數(shù)(表4)。由表4可知：雙河鎮(zhèn)條形山體(凸起部位)的峰值加速度放大系數(shù)大于冷竹關(guān)單薄山梁，說明前者比后者的地震動(dòng)響應(yīng)更加劇烈；阿里亞斯強(qiáng)度放大系數(shù)在水平東西向與豎直向差異較小，但在水平南北向前者最高可達(dá)后者的5.8倍。

表4 不同地貌類型的斜坡地震動(dòng)響應(yīng)參數(shù)特征Tab.4 Characteristics of Slope Seismic Response Parameters in Different Geomorphic Types

地震影響場(chǎng)是地震在地表所造成的影響及其分布范圍，用地震烈度表示的影響場(chǎng)稱為宏觀影響場(chǎng)，而地震烈度受震級(jí)、震中距、建筑物損壞程度的影響[31-32]，因此,可以用地震烈度來表示監(jiān)測(cè)場(chǎng)地受震中距和震級(jí)大小的綜合影響結(jié)果[12]。

根據(jù)中國(guó)地震局提供的蘆山Ms7.0級(jí)地震和康定Ms6.3級(jí)地震烈度圖，冷竹關(guān)監(jiān)測(cè)剖面在兩次地震中的烈度均為Ⅴ度。由加速度反應(yīng)譜分析可知：坡腳處加速度反應(yīng)譜接近Ⅵ度罕遇地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)；坡頂處達(dá)到或超過Ⅸ度罕遇地震的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，參考四川省地震局發(fā)布的長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震烈度圖，雙河鎮(zhèn)屬于Ⅷ度區(qū)。綜上所述，根據(jù)斜坡地震動(dòng)響應(yīng)的異常以及實(shí)際地震烈度的差異，能夠從動(dòng)力學(xué)、地震宏觀影響場(chǎng)的角度解釋長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震山地災(zāi)害發(fā)育的原因。

4 結(jié) 語

(1)根據(jù)四川省長(zhǎng)寧縣雙河鎮(zhèn)登云亭斜坡監(jiān)測(cè)剖面的儀器記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了38次余震的峰值加速度與阿里亞斯強(qiáng)度，對(duì)二者進(jìn)行非線性擬合，并給出了具體的函數(shù)變化形式，峰值加速度在臨界值(1 m·s-2)之后，阿里亞斯強(qiáng)度劇增。

(2)斜坡地形放大效應(yīng)在坡頂處較強(qiáng)，且在約束較小的臨空面處放大效應(yīng)最為強(qiáng)烈，坡腳地震動(dòng)響應(yīng)最弱。相對(duì)于坡腳D1監(jiān)測(cè)點(diǎn)，坡頂中部阿里亞斯強(qiáng)度3個(gè)方向(水平東西向、水平南北向、豎直向)放大系數(shù)分別為6.76、39.43、4.38；坡頂靠近臨空面處分別為13.71、64.28、7.63。隨著監(jiān)測(cè)點(diǎn)與臨空面距離的增加，水平動(dòng)響應(yīng)有衰減的趨勢(shì)，且3個(gè)方向阿里亞斯強(qiáng)度平均衰減系數(shù)為1.8。

(3)傅里葉頻譜分析表明斜坡高位處地震波主頻率為3.3～5.0 Hz，坡腳主頻率為8.0～11.5 Hz，前者較后者頻譜值高，后者頻譜成分復(fù)雜。水平/豎直向譜比曲線顯示，坡頂?shù)膱?chǎng)地卓越頻率為2.7～10.0 Hz，在低頻處容易引起山體共振。

(4)長(zhǎng)寧地區(qū)山體地震動(dòng)響應(yīng)(峰值加速度、阿里亞斯強(qiáng)度的放大系數(shù))強(qiáng)烈，并結(jié)合長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震烈度圖，雙河鎮(zhèn)屬于Ⅷ度區(qū)。這從動(dòng)力學(xué)、地震宏觀影響場(chǎng)的角度解釋了長(zhǎng)寧Ms6.0級(jí)地震山地災(zāi)害發(fā)育的原因。

(5)在地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)長(zhǎng)寧—珙縣地區(qū)這類具有特殊結(jié)構(gòu)的斜坡地震動(dòng)響應(yīng)機(jī)理得出了一些初步認(rèn)識(shí)，若能分析地震動(dòng)參數(shù)隨震中距的衰減規(guī)律，將為該地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)提供參考?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)合數(shù)值模擬、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，斜坡地震動(dòng)的響應(yīng)特征分析將更加全面。