海原地震區(qū)不同地貌單元的黃土斜坡動(dòng)力響應(yīng)

武 孟，谷天峰，谷 琪，宋志杰，宗 華

西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069

我國(guó)是世界上地震活動(dòng)強(qiáng)烈和地震災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家之一。在20 世紀(jì)內(nèi)，我國(guó)因地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害而造成的死亡人數(shù)達(dá)50 萬(wàn)人以上，約占同期全世界地震死亡人數(shù)的一半（辛鴻博和王余慶，1999；Zhang and Wang，2007；Wang et al，2014），而黃土高原地區(qū)是我國(guó)強(qiáng)震的多發(fā)地區(qū)，地震災(zāi)害十分嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，西北部地區(qū)地震誘發(fā)的滑坡數(shù)占總數(shù)的四分之三以上（徐張建等，2007；張培震，2008）。1920 年寧夏海原地區(qū)發(fā)生了8.5 級(jí)特大地震，其影響范圍十分廣泛，區(qū)域內(nèi)地形地貌改變巨大，由此引發(fā)了許多滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因此滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和防災(zāi)減災(zāi)工程顯得極為重要。

近年來(lái)，利用現(xiàn)場(chǎng)地震監(jiān)測(cè)或數(shù)值試驗(yàn)來(lái)更好地了解斜坡的地震響應(yīng)已成為地震影響下的斜坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要手段?，F(xiàn)場(chǎng)地震監(jiān)測(cè)結(jié)果表明滑坡的發(fā)生與地形地貌之間存在相關(guān)性，例如：地形對(duì)基巖地面運(yùn)動(dòng)的影響在山體建筑物中占主導(dǎo)地位（Buech et al，2010），在山丘、山脊的頂部出現(xiàn)地震波放大現(xiàn)象（Massa et al，2014），且當(dāng)?shù)卣鸩ǖ膫鞑ヂ窂綆缀醮怪庇谏郊寡由鞎r(shí)地面運(yùn)動(dòng)放大現(xiàn)象更明顯（Hartzell et al，2014；Stolte et al，2017）。古滑坡沉積坡腳處的材料差異比滑坡塊體中材料差異的程度大，因此出現(xiàn)了局部山區(qū)住宅結(jié)構(gòu)破壞的極端放大效應(yīng)（Ma et al，2019）。另一方面，基于數(shù)值試驗(yàn)的研究表明：不僅地震波的性質(zhì)（如入射波長(zhǎng)、角度和波相）（Zhao et al，2020），而且斜坡的規(guī)模和形狀等也會(huì)影響地震波的放大效應(yīng)（Zhang et al，2019；Ding et al，2020）。除此之外，也有學(xué)者進(jìn)一步研究地震動(dòng)的放大機(jī)制，例如：通過振動(dòng)臺(tái)物理模型試驗(yàn)研究分析地震荷載作用下巖體邊坡動(dòng)力放大效應(yīng)及其破壞模式（Feng et al，2019；吳多華等，2020；劉漢香等，2021），運(yùn)用離散元數(shù)值模擬技術(shù)研究地震縱橫波時(shí)差耦合作用的斜坡崩滑放大響應(yīng)（崔芳鵬等，2009），運(yùn)用有限元數(shù)值模擬技術(shù)分析地震作用下黃土邊坡和巖質(zhì)邊坡的動(dòng)力放大效應(yīng)（言志信等，2011；鄧鵬，2020）。上述研究均是選擇特定坡體作為研究對(duì)象，從不同角度分析了場(chǎng)地本身地震動(dòng)力響應(yīng)機(jī)制，然而，由于海原地震影響區(qū)域廣，區(qū)域內(nèi)存在不同類型的地貌單元，因此需要分別選取不同地貌單元內(nèi)的坡體進(jìn)行對(duì)比分析來(lái)進(jìn)一步完善海原地區(qū)地震動(dòng)的響應(yīng)機(jī)制。

為了進(jìn)一步研究黃土地區(qū)不同地貌單元地震動(dòng)參數(shù)的放大效應(yīng)，本文以寧夏海原地區(qū)地震為背景，選擇不同地貌類型斜坡進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試的結(jié)果，建立數(shù)值計(jì)算模型，運(yùn)用二維等效線性法進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析，同時(shí)對(duì)不同位置、不同地層和不同地貌單元情況下的加速度時(shí)程進(jìn)行了加速度響應(yīng)分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合海原地區(qū)黃土場(chǎng)地地脈動(dòng)特征，綜合分析不同地貌單元的地震動(dòng)放大效應(yīng)，為不同地貌單元的地震影響下的黃土斜坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一定參考。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于黃土高原的西北邊緣，寧夏回族自治區(qū)的中南部。區(qū)內(nèi)以南北向的六盤山、月亮山、南華山和西華山等山脈沿線一帶為最高部分，整體呈現(xiàn)由山脈分別向西南和東北方向降低的地貌特征。區(qū)域內(nèi)覆蓋地層主要以第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)黃土為主，覆蓋率達(dá)80%以上，新近系泥巖零星出露于侵蝕河谷谷底。研究區(qū)屬于祁連加里東地槽褶皺系內(nèi)部，受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)影響，形成獨(dú)特的弧形構(gòu)造區(qū)。由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，研究區(qū)的地殼在第四紀(jì)以來(lái)總體抬升，因地殼上升和河流下切作用引起地面高差加劇，為地震滑坡災(zāi)害的形成提供了有利的地形條件。

根據(jù)研究區(qū)大范圍內(nèi)地形地貌特征，本文將地貌類型主要分為河谷平原、高山區(qū)和黃土丘陵三個(gè)類型。根據(jù)地貌類型將研究區(qū)劃分為平原區(qū)（A 區(qū)）、高山區(qū)（B 區(qū)）和丘陵區(qū)（C 區(qū)）三個(gè)區(qū)域（圖1）。在總土地面積中，高山區(qū)占40%，溝壑丘陵占30%，河谷平原約占40%，高山區(qū)主要分布于六盤山山脈附近；溝壑丘陵以黃土梁和黃土峁為主，梁谷相間排列；河谷平原主要分布于清水河的一、二級(jí)階地，沖溝發(fā)育。因此本研究分別選取平原區(qū)a 處、高山區(qū)b 處、丘陵區(qū)c 處三個(gè)具有代表性的斜坡作為研究對(duì)象（圖1）。

平原區(qū)主要分布于固原市的北部和海原縣的東北部，主要包括沖積、洪積形成的堆積平原和風(fēng)積的沙地，區(qū)內(nèi)平均海拔較低，其東部清水河沿岸的李家灣海拔最低，為1272 m。其黃土層主要由上部較厚的上更新統(tǒng)黃土和下部較薄的中更新統(tǒng)黃土組成（圖1）。

高山區(qū)主要分布在西吉縣北部，海原縣南部，固原市原州區(qū)，其地層以上部較薄的上更新統(tǒng)黃土和下部較厚的新近系泥巖組成（圖1）。該分區(qū)在地形圖上分布于一個(gè)狹長(zhǎng)的山脈附近，最低海拔超過2000 m，最高海拔為2905 m，是中南部的南華山主峰馬萬(wàn)山。山脈東坡略顯陡峭，西坡和緩，其中黃土層較薄，植被茂盛。在西部的西華山與南華山一帶，表面地層剝蝕風(fēng)化強(qiáng)烈，黃土結(jié)構(gòu)疏松，極易發(fā)生滑坡災(zāi)害，部分地區(qū)基巖出露。

丘陵區(qū)主要分布于西吉縣境內(nèi)，海拔在1700 — 2300 m，其中黃土丘陵與河谷相間排列，其地層與高山區(qū)相似（圖1）。區(qū)內(nèi)溝谷發(fā)育，水系呈樹枝狀，河谷呈“U”和“V”型。黃土梁是該區(qū)的主要地貌單元，大部分梁以近南北方向展布，坡度較緩，黃土覆蓋層為研究區(qū)內(nèi)最厚；部分梁近東西方向延伸，坡度較陡，黃土覆蓋層較薄。

圖1 地貌分區(qū)圖Fig. 1 Geomorphic zoning map

1.2 試驗(yàn)

1.2.1 黃土波速測(cè)試

此次波速測(cè)試試驗(yàn)按照《GB / T 50123 — 2019，土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2019）中單孔法的操作方法和規(guī)定條例實(shí)行。測(cè)試地點(diǎn)分別設(shè)在平原區(qū)、高山區(qū)、丘陵區(qū)的勘探鉆孔內(nèi)，每孔施加5 組具有相反方向的水平震動(dòng)和豎直震動(dòng)作為平行試驗(yàn)。試驗(yàn)采用RSM-SW 型剪切波速測(cè)試儀，通過在鉆孔孔口附近地表施加沖擊力，然后測(cè)量孔內(nèi)沖擊信號(hào)的到達(dá)時(shí)間，得到黃土層中的剪切波速和壓縮波速。為后續(xù)人工合成地震波提供參數(shù)依據(jù)。

1.2.2 室內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探結(jié)果，分別在a、b、c 處的滑坡后緣上采取原狀土樣。取樣時(shí)按照劃分的地層巖性在1 — 10 m、10 — 20 m、20 — 30 m 深度處分別提取土樣，每組取樣20 個(gè)。對(duì)所取土樣進(jìn)行了一系列常規(guī)物理力學(xué)試驗(yàn)，具體試驗(yàn)項(xiàng)目包括含水率、密度、比重、孔隙比、液塑限、直剪試驗(yàn)。

同時(shí)借助西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室GDS 三軸測(cè)試系統(tǒng)對(duì)土樣進(jìn)行動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)。本次試驗(yàn)制作試樣為圓柱體，直徑為5 cm，高為10 cm，采用單向振動(dòng)方式，并根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，以試樣應(yīng)變大于3%作為試樣破壞條件，取固結(jié)比Kc= 1.5。

在動(dòng)模量和阻尼比試驗(yàn)中，將采取的原狀土樣按照位置分為三類，每類設(shè)平行試驗(yàn)共5 組，每組試驗(yàn)中圍壓設(shè)定等級(jí)分為50 kPa、100 kPa、150 kPa 三級(jí)。試驗(yàn)時(shí)向壓力室內(nèi)施加逐級(jí)增大的動(dòng)荷載，荷載應(yīng)避免使試樣產(chǎn)生殘余應(yīng)變，同時(shí)確保在試驗(yàn)過程中試樣始終處于小應(yīng)變狀態(tài)。直至試樣破壞后再進(jìn)行下一次試驗(yàn)。

1.3 人工合成地震波

由于海原地震歷史久遠(yuǎn)，受限于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件現(xiàn)存的地震實(shí)測(cè)記錄匱乏，而強(qiáng)震發(fā)生概率較小且由于發(fā)生地點(diǎn)不同只適用于特定范圍，所以本研究利用人工合成的地震波代替計(jì)算所需的動(dòng)荷載。根據(jù)研究區(qū)地震烈度分區(qū)圖以及《GB 50011 — 2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010），采用較為常用的三角級(jí)數(shù)法進(jìn)行人工地震波的合成。三角計(jì)數(shù)法的特點(diǎn)在于將地震看成具有一定幅值的隨機(jī)脈沖的迭加以及把地震時(shí)程函數(shù)看成由一個(gè)確定的時(shí)間強(qiáng)度函數(shù)和一個(gè)平穩(wěn)的高斯過程相乘的非平穩(wěn)過程。其公式如下：

式中：a(t)為人工地震加速度時(shí)程數(shù)；f (t)為外包線函數(shù)，其中t1、t2、c 為包絡(luò)參數(shù)；as(t)為高斯平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜密度函數(shù)，其中Ck、wk、φk為隨機(jī)相位角參數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試

根據(jù)上述現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試和室內(nèi)試驗(yàn)，得到的物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示，該土樣呈淺黃色，具大孔隙，結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，無(wú)層理，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，濕陷性較強(qiáng)。根據(jù)波速測(cè)試結(jié)果利用下式（式(4)、(5)、(6)）計(jì)算求得土體的動(dòng)模量和泊松比。試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果如表2 所示，隨著土層深度的增加，其土壤密度、彈性模量、黏聚力和內(nèi)摩擦角也隨之增大，且三個(gè)地區(qū)黃土的彈性模量以及泊松比差異較小，可推測(cè)其黃土相似度高。

式中：Gd為地層的動(dòng)剪切模量（kPa）；ρ 為介質(zhì)的質(zhì)量密度（t · m-3）；vs為地層的剪切波波速（m · s-1）；vp為地層的壓縮波波速（m · s-1）；Ed為地層的動(dòng)彈性模量（kPa）；μd為地層的動(dòng)泊松比。

在動(dòng)模量和阻尼比試驗(yàn)中，記錄動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)變的時(shí)程曲線，提取動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變骨干曲線，可計(jì)算得到動(dòng)模量應(yīng)變曲線，再根據(jù)巖土體本構(gòu)關(guān)系，從而得出研究區(qū)的動(dòng)彈性模量曲線，如圖2a所示，當(dāng)圍壓較大時(shí)丘陵區(qū)的動(dòng)彈性模量最大，平原區(qū)最??；當(dāng)圍壓較小時(shí)，區(qū)域內(nèi)黃土動(dòng)彈性模量差異不大且平原區(qū)的動(dòng)彈性模量最大。同時(shí)選取循環(huán)動(dòng)力作用下應(yīng)力—應(yīng)變曲線中的一個(gè)循環(huán)作為阻尼比對(duì)應(yīng)的滯回圈，滯回圈代表試樣在一次循環(huán)荷載作用下的應(yīng)力隨應(yīng)變變化的關(guān)系。其面積的積分代表應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)谝粋€(gè)循環(huán)變化過程中能量損失，該損失量與對(duì)應(yīng)振動(dòng)循環(huán)中最大能量之比即為阻尼比。通過計(jì)算分析，得到研究區(qū)土樣的阻尼比曲線如圖2b 所示：高山區(qū)的阻尼比較高，丘陵區(qū)次之，平原區(qū)較低。

表1 物理力學(xué)參數(shù) Tab. 1 Physical mechanical parameters

表2 材料參數(shù) Tab. 2 Material parameters

2.2 人工合成地震波結(jié)果

根據(jù)上述地區(qū)的黃土波速測(cè)試結(jié)果分別進(jìn)行人工合成地震波，合成的結(jié)果如圖3 所示，三個(gè)地區(qū)的加速度時(shí)程曲線均無(wú)明顯差異，由于縱波的傳播速度比橫波傳播速度快，其水平方向加速度峰值出現(xiàn)的時(shí)間均晚于豎直方向加速度峰值出現(xiàn)的時(shí)間。

2.3 數(shù)值模擬

基于上述的地貌分區(qū)和室內(nèi)試驗(yàn)等研究方法，利用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，采用二維等效線性法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，根據(jù)上述分區(qū)建立相應(yīng)的模型（圖4）。斜坡a 地層主要以第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)黃土為主，中間夾雜薄層古土壤，其古土壤約2 — 3 m，模型長(zhǎng)580 m、高88 m，建立了2617 個(gè)單元（圖4a）；斜坡b和斜坡c 地層均為晚更新世馬蘭黃土和新近系紅柳溝組泥巖，斜坡b 模型長(zhǎng)580 m、高95 m，建立了3006 個(gè)單元 （圖4b）；斜坡c 模型長(zhǎng)580 m、高100 m，建立了3745 個(gè)單元（圖4c）。每個(gè)斜坡模型和監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況如圖4 所示。

圖2 動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果Fig. 2 The results of GDS

圖3 人工合成地震波Fig. 3 Synthetic seismic waves

圖4 計(jì)算模型Fig. 4 Calculation model

動(dòng)力計(jì)算時(shí)斜坡土體采用彈塑性本構(gòu)模型和Mohr-Coulomb 強(qiáng)度準(zhǔn)則，土體的材料參數(shù)如表2。模型側(cè)邊界設(shè)為自由場(chǎng)邊界，底面采用黏滯邊界條件，以此減小模型邊界處地震波的反射。對(duì)每個(gè)地層采用局部阻尼，與實(shí)際情況更為接近。根據(jù)上述動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果，統(tǒng)一選取黃土層阻尼系數(shù)為0.28，古土壤層阻尼系數(shù)為0.16，泥巖層阻尼系數(shù)為0.2，且泥巖和黃土的阻尼系數(shù)隨著深度的增加以0.01 的幅度逐層減小。

為了更好地進(jìn)行對(duì)比分析，研究選取距離海原地震震中較近的B 地區(qū)兩個(gè)方向的人工合成地震波作為輸入地震動(dòng)，加速度時(shí)程曲線截取合成地震波60 s。每個(gè)斜坡坡底監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線均一致，且坡底監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線與輸入波波形吻合（圖5），說明地震波輸入正確。

3 結(jié)果分析與討論

為了研究斜坡表面和斜坡內(nèi)部不同位置、不同地層以及不同地貌單元對(duì)輸入地震動(dòng)加速度的放大規(guī)律，規(guī)定坡體內(nèi)部各點(diǎn)輸出加速度時(shí)程的最大絕對(duì)峰值與坡體底部監(jiān)測(cè)點(diǎn)輸出加速度絕對(duì)峰值的比值為斜坡動(dòng)力放大系數(shù)（PGA 放大系數(shù)）。分別對(duì)斜坡a、b 和c 進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算，提取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線并考察其規(guī)律，為不同地貌單元的地震影響下的斜坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

3.1 斜坡內(nèi)不同位置的動(dòng)力響應(yīng)分析

因斜坡b 和斜坡c 的地層結(jié)構(gòu)相同，所以選擇這兩個(gè)斜坡對(duì)比分析不同高度上坡面各點(diǎn)以及同一高度上坡體內(nèi)外部的加速度響應(yīng)規(guī)律。由斜坡b 豎直向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力放大系數(shù)曲線圖（圖6b）可知，斜坡底部?jī)牲c(diǎn)V16和V26的水平方向和豎直方向的PGA 放大系數(shù)最小，隨著監(jiān)測(cè)點(diǎn)高度增加，PGA 放大系數(shù)也隨之增大，僅當(dāng)高度增加到V13和V23處時(shí)其PGA 放大系數(shù)較之前減小，之后隨著高度增加繼續(xù)增大，在坡頂V11和V21兩點(diǎn)處均達(dá)到最大值。同時(shí)，如斜坡c 豎直向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力放大系數(shù)曲線圖（圖6c）所示，與斜坡b 的曲線圖相同，僅在V13和V23兩點(diǎn)處減小?？傮w上看，坡體對(duì)PGA 放大系數(shù)是隨高度增加先增大后減小又增大的變化規(guī)律，由于減小的情況很少，所以整體呈現(xiàn)出節(jié)律性增長(zhǎng)的規(guī)律，印證了言志信等（2011）和畢忠偉等（2009）通過邊坡動(dòng)力模型數(shù)值分析得到的加速度垂直向放大效應(yīng)。

圖5 底部監(jiān)測(cè)點(diǎn)加速度時(shí)程曲線Fig. 5 Acceleration history curve of bottom monitoring point

由斜坡b 和c 水平向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的動(dòng)力放大系數(shù)曲線圖（圖7b、圖7c）可知，在同一高度上，坡面上H11和H21兩點(diǎn)對(duì)PGA 放大系數(shù)最大，且隨著監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置向坡體內(nèi)部延伸PGA 放大系數(shù)整體較坡面減小。但是當(dāng)距離坡面較遠(yuǎn)時(shí)，PGA 放大系數(shù)略增加，總體呈現(xiàn)出減小的變化規(guī)律。由此可見，在同一高度上且距坡面的一定范圍內(nèi)，坡面對(duì)輸入地震動(dòng)的放大作用要大于坡體內(nèi)部，出現(xiàn)了臨空面放大作用，與徐光興等（2008）研究發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象一致。

3.2 不同地層的動(dòng)力響應(yīng)分析

基于上述動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，進(jìn)一步研究不同地層的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。與斜坡b 和斜坡c 地層不同的斜坡a 主要是以黃土為主，中間夾雜薄層古土壤。經(jīng)過分析計(jì)算后得到豎直向監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平加速度和豎直加速度放大系數(shù)曲線如圖6a，整體上看，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PGA 放大系數(shù)在增大，在坡頂V11和V21兩點(diǎn)處達(dá)到最大值。但當(dāng)高度增加到V14和V24、V13和V23位置時(shí)，這兩點(diǎn)的PGA 放大系數(shù)較之前明顯減小。對(duì)比古土壤的位置可以看出，兩層古土壤之間的監(jiān)測(cè)點(diǎn)PGA 放大系數(shù)均較小，究其原因，是由于古土壤形成時(shí)期暖濕的氣候特征使得其成壤作用加劇，次生作用形成的細(xì)粒物質(zhì)充填于大孔隙中，膠結(jié)作用加強(qiáng)，使其結(jié)構(gòu)比黃土密實(shí)，古土壤層的各向異性特征明顯比黃土層大（習(xí)羽等，2018）。同時(shí)斜坡a 水平向監(jiān)測(cè)點(diǎn)的放大系數(shù)曲線圖如圖7a 所示，斜坡a 坡面上監(jiān)測(cè)點(diǎn)H11的PGA 放大系數(shù)比坡體內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PGA放大系數(shù)大，出現(xiàn)了臨空面放大現(xiàn)象，與上述發(fā)現(xiàn)規(guī)律一致。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)豎直對(duì)比Fig. 6 Vertical contrast of monitoring point

圖7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平對(duì)比Fig. 7 Horizontal contrast of monitoring point

3.3 不同地貌單元對(duì)比分析

由豎直向監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)比圖（圖6）可知，豎直方向上坡頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PGA 放大系數(shù)值最大。其中，斜坡a 的水平方向PGA 放大系數(shù)最大值分別為3.50 和3.27，豎直方向PGA 放大系數(shù)最大值分別為3.58 和4.17；斜坡b 的水平方向PGA 放大系數(shù)最大值分別為3.60 和3.49，豎直方向PGA 放大系數(shù)最大值分別為5.13 和4.65；斜坡c 的水平方向PGA 放大系數(shù)最大值分別為4.38 和4.57，豎直方向PGA 放大系數(shù)最大值分別為5.28 和4.98。對(duì)比可見，地震波對(duì)斜坡體的放大效應(yīng)中，其豎直加速度放大效應(yīng)大于水平加速度放大效應(yīng)，即地震縱波產(chǎn)生的豎直向加速度起到了優(yōu)勢(shì)破壞作用。因斜坡b 和斜坡c 的地層結(jié)構(gòu)相似，其加速度響應(yīng)規(guī)律也一致，且斜坡c 的坡頂處放大作用更明顯，推測(cè)是因?yàn)樾逼耤 的坡度較陡且高程高。根據(jù)水平方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)比圖（圖7）可知，同一高度上坡面監(jiān)測(cè)點(diǎn)的PGA 放大系數(shù)值最大，且與斜坡a 和斜坡c 相比，斜坡b 放大系數(shù)較大，則其臨空面放大作用最明顯。

3.4 討論

近百年來(lái)，由地震誘發(fā)的滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害不計(jì)其數(shù)，而地震動(dòng)力則是引發(fā)斜坡破壞的重要原因之一，因此動(dòng)力響應(yīng)機(jī)制研究是從本質(zhì)上解決地震動(dòng)作用下滑坡發(fā)生的關(guān)鍵。然而，地震滑坡的動(dòng)力響應(yīng)是一個(gè)是由動(dòng)力為主導(dǎo)的多種因素共同作用的復(fù)雜過程，與地震作用力、重力、巖土體類型、土體液化、地質(zhì)構(gòu)造等因素密切相關(guān)。本文重點(diǎn)分析了海原地區(qū)不同地貌單元的斜坡的動(dòng)力放大效應(yīng)機(jī)制，并未討論地震作用力、重力、地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響，這是本文的不足之處。后續(xù)可以建立更完善的三維數(shù)值模擬模型來(lái)進(jìn)一步研究動(dòng)力響應(yīng)機(jī)制，為不同地貌單元地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和防災(zāi)減災(zāi)提供有益的借鑒與參考。

4 結(jié)論

選取海原大地震影響區(qū)域作為研究對(duì)象，依據(jù)地形地貌特征將其劃分為平原區(qū)、高山區(qū)和丘陵區(qū)三個(gè)區(qū)域（圖1），通過室內(nèi)試驗(yàn)、波速測(cè)試和有限元數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)不同的地貌單元的地震波動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了研究，得出以下主要結(jié)論：

（1）在人工合成地震波作用下，黃土斜坡體的加速度動(dòng)力響應(yīng)具有高程放大效應(yīng)；在同一高程水平面上且距坡面的一定范圍內(nèi)，由于臨空面放大作用，坡面對(duì)輸入地震動(dòng)的放大作用要大于坡體內(nèi)部，當(dāng)距離坡面較遠(yuǎn)時(shí)，坡體內(nèi)部放大作用略增強(qiáng)。

（2）基于上述發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，平原區(qū)斜坡體的PGA 放大系數(shù)整體增大。但由于古土壤膠結(jié)作用強(qiáng)，使其結(jié)構(gòu)比黃土密實(shí)，因此在古土壤層其PGA 放大系數(shù)有所減小，可見古土壤層的放大效應(yīng)減弱。

（3）對(duì)比不同類型的地貌單元可知，在地震波對(duì)斜坡體的放大效應(yīng)中，其豎直加速度放大效應(yīng)大于水平加速度放大效應(yīng)，即地震縱波產(chǎn)生的豎直向加速度起到了優(yōu)勢(shì)破壞作用。且地層結(jié)構(gòu)相同的斜坡其加速度放大規(guī)律也一致，由于高山區(qū)距離震中較近，其臨空面放大作用最明顯，易發(fā)生滑坡災(zāi)害。