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喜家湾地震黄土滑坡形成机理

更新时间:2009-03-28

0 引言

黄土滑坡是我国黄土地区发育最多、造成损失最大的地质灾害类型之一。历史上我国的黄土地区曾经发生过多次滑坡,有很大一部分黄土滑坡是由地震诱发的。如1654年的甘肃天水8级地震、1718年的甘肃通渭7.5级地震和1920年的宁夏海原8.5级大地震,这些强震在区内诱发了大量的黄土滑坡,造成严重人员伤亡和财产损失,因此对地震诱发黄土滑坡的形成机理进行研究具有重要意义。张振中[1]在对地震诱发滑坡密集区进行现场考察后将其分为黄土震陷型、液化型、地震力诱发型3类;白铭学等[2]对海原地震诱发的石碑塬滑坡的黄土液化滑移情况进行了研究,指出滑坡形成的主要原因是地震使斜坡下部的砂质黄土发生了液化;王兰民等[3]通过大量试验研究了饱和黄土的液化机理。

本文在前人研究的基础上,选取典型的喜家湾地震黄土滑坡,通过对滑坡进行现场调查、勘察取样、室内试验、计算分析以及数值模拟等工作,对滑坡形成条件、诱发因素及成因机理进行了深入分析研究。

1 滑坡区的区域地质条件

喜家湾滑坡位于宁夏自治区南部,地貌单元属于黄土高原腹地的黄土丘陵,地层以黄土为主,土质疏松,剥蚀严重,沟谷发育。滑坡区所处构造单元属西吉拗陷带,引起海原大地震的南、西华山—六盘山断层带距离滑坡区约40 km,兴隆隐伏断裂距离滑坡区约2 km。同时,该地区是我国的地震多发区,历史上曾发生过多次地震。滑坡区目前处于地震活跃期,海原地震以来,西吉县发生5级以上地震5次,最近的一次5.5级地震距离滑坡区5.5 km。

2 滑坡的发育特征

2.1 滑坡体基本特征

滑坡发育于宁夏回族自治区西吉县滥泥河左岸上游支沟左侧的黄土梁边斜坡上。斜坡较平缓,坡度3°~15°,斜坡最大高差230 m。斜坡上覆更新世黄土层,下伏新近系甘肃群泥岩,在斜坡前方冲沟底可见浅褐红色泥岩出露。

滑坡周界清晰,整体平面轮廓呈长舌状(图1~2);滑坡体上陡下缓,平均坡度为10°;滑坡后壁呈圈椅状,陡坎最高5 m,左壁和右壁陡坎最高20 m;滑坡前缘边界至冲沟底部对面山坡坡脚,前缘冲沟内滑体已被流水冲开,形成深切“V”型冲沟,最深30 m,最宽50 m。滑体目前已被改造为梯田,有居民居住。

  

图1 滑坡工程地质平面图

  

图2 滑坡全貌

2.2 滑面及变形特征

对滑坡区采取的滑体土试样和滑坡区附近采取原状黄土试样进行了室内常规试验,试验数据统计结果见表1。

德公公瞪他一眼:“什么金箍棒,其实是吹管!那金箍棒,一定是空心的。他后面那只手,一定藏在袖子里,用力捏皮囊,向外吹。”

3 滑坡的形成机理

3.1 滑坡区黄土的震陷性

喜家湾地震滑坡滑面倾向310°,平均倾角8°,基本顺沿黄土与泥岩的接触面(图3)。滑坡上部滑面埋深浅,中部及下部较深,最大埋深10 m。滑带土灰褐色,呈薄层状,局部呈硬团块或条带状,土质不均匀,可塑—硬塑,可见滑动擦痕。滑带土含水量大,呈饱和状态,局部含有较多钙质结核,夹杂有浅褐红泥岩团块。

  

图3 滑坡剖面图

 

表1 滑坡区原状黄土及滑体土常规试验数据

  

土样类别含水率/%密度/(g/cm3)干密度/(g/cm3)比重液限/%塑限/%重度/(kN/m3)塑性指数液性指数孔隙比原状黄土11.031.391.252.7129.0018.0313.6410.97<01.17滑体土23.671.941.572.7127.6119.2919.028.320.420.73

当黄土斜坡满足产生液化的场地条件及土体物性条件时,地震动荷载将成为是否发生液化的决定因素。文献[2]提出,在深度相同的情况下,引起液化的地面水平地震动峰值加速度与黄土中粉粒含量有如下关系:

根据滑坡区黄土的物理力学性质参数及该地区的地震动参数,采用王兰民等[4]建立的黄土震陷系数(式(1))和震陷量(式(2))计算经验公式进行震陷系数及震陷量估算:

震陷系数计算:

 

(1)

式中:εP(N)为动应力往返作用N次所产生的残余应变(震陷系数);H为动应力作用前试样高度;H′(N)为动应力作用N次后试样高度。

震陷量计算:

(2)

式中:Sd为总震陷量;εpi为第i层土的震陷系数;hi为第i层土的厚度(m)。

利用文献[4]中经验公式对滑坡附近原状黄土的震陷系数和总震陷量进行计算,计算时为提高计算结果的准确性,结合黄土土层物理力学性质参数将其分为5层(表2):

由于历史、地理、文化的原因,京津地区形成了强大的竞争优势,人才、资金、技术等要素不断向其集聚。京津两市对环渤海经济圈甚至全国的人才形成“虹吸”效应。河北省受到严重影响,难以吸纳人才,自己培养的人才也源源不断地流出,尤其是技术人才、科学家和工程师等高端人才。第六次全国人口普查数据显示,在北京、天津、河北省3地大专及以上学历人数,每10万人中,北京有3.2万人,天津1.7万人,河北省仅为0.72万人左右。在高层次领军人才方面,全国2 000多位“两院”院士,北京市有600多人,天津、河北共43人,与北京相比差距很大。

 

表2 震陷量计算

  

层号层厚/m平均剪应力/kPa动应力/kPa震陷系数/%Ⅶ度Ⅷ度土层总厚度/m总震陷量/cmⅦ度Ⅷ度1515.4530.96.08.92517.4234.81.92.83517.9135.80.81.24518.1536.30.50.85518.1536.30.10.225.047.670.0

经计算,当采用地震烈度为Ⅷ度时计算的震陷系数最大可达8.9%,25 m厚的黄土层产生的总震陷量约70 cm,因此判断该地区黄土具有较强震陷性。

为验证计算结果,采取滑坡区原状黄土试样进行动三轴试验。在20次振次后(相当于模拟地震烈度为Ⅷ度[3])产生的残余应变为8.2%,与经验公式估算结果较为接近,表明该地区黄土在地震荷载作用下有可能产生较大震陷,致使黄土的架空孔隙结构破坏,是导致黄土斜坡发生滑动的诱因之一。

黄土液化是一种流滑液化[5],黄土液化流滑滑坡在野外特征上表现为低角度、土体移动有流动特征、土颗粒的定向排列也显示出流动纹理等。

从滑坡区土体的物性条件方面来看,黄土含水率、干密度和塑性指数均为对液化有较大影响的指标。原始黄土斜坡20 m以下靠近泥岩面的黄土平均天然含水率达23.48%,塑限含水率19.6%,天然含水率超过塑限。当黄土的含水率超过塑限时,若受到一定强度的地震力作用,土体孔隙水压力有可能快速升高,有效应力显著降低,土体发生急剧变形,就可能出现黄土的部分液化或破坏现象。黄土的干密度反映了黄土的微孔隙结构,其值越小,孔隙越大,其他条件满足时,在地震作用下越容易产生液化现象[3]。滑坡区原状黄土的平均干密度为1.25 g/cm3,易产生液化。黄土的塑性指数(Ip)对黄土液化时的液化应力比(黄土产生液化时的动应力与有效围压的比值)有显著的影响,当Ip>4时,液化应力比随塑性指数增大而增大,滑坡区黄土塑性指数在10左右,属于易液化范围。因此,滑坡区黄土的物理力学性质参数满足产生液化的土层物性指标条件。

3.2 滑坡区黄土的液化情况分析

随着我国信息化技术的不断发展,许多银行在日常的运营过程中也都已经运用计算机技术来形成了自身的数据库管理系统,其对于银行管理水平的提升也有着非常重要的意义。但是目前许多银行在信息化技术的应用以及建设过程中还存在有比较多的安全问题,并直接威胁到了该银行的持续稳定发展。针对这一问题,也就要求各银行能够在已有基础上来对信息化管理系统以及数据库系统进行不断的更新与优化,来促使自身的信息管理能力得到进一步的提升。只有在结合客户实际需求的基础上进行信息的准确把握跟及时决策,才能够给用户进行全方位金融服务的有效提供。

黄土液化产生的条件主要包括3个方面[1]:场地条件、土层的物性指标条件和地震动条件。

2.1.2 自动制样系统的使用情况。为解决上述难题,长安益阳电厂首先考虑到的就是通过设备升级来降低管理难度和风险。在基本了解国内各厂家的产品与方案后,该公司采用了三德科技的SDPS1000智能制样系统。据李军超主任介绍,该产品于5月份到货,安装调试用时15天;8月份,委托国家煤炭质量监督检验中心对产品做了性能鉴定,报告显示,各项性能均达到国标要求。

滑坡区地形坡度较平缓,且黄土与基岩接触面附近黄土层含水率较高,平均值为23.48%,饱和度87.8%,接近饱和状态,有较充足的地下水,满足产生黄土液化的场地条件。

良渚反山遗址12号墓出土的玉琮及柱形器上的“神人兽面纹”是一种复合图案,它将兽面纹包括在内,此外还有神人的形象,它的完整表现在号称为“琮王”的玉琮上。《良渚遗址群考古报告之二:反山》(上)是这样描绘这一图像的,见图1:

试验数据对比分析发现,原状黄土的孔隙比远大于滑体土,推测滑坡区在地震作用下滑动时可能产生了震陷现象。

计量资料数据分析结果以(±s)表示,两组间均数比较采用t检验和秩和检验,计数资料采用χ2检验,以P<0.05为差异有统计学意义。所有数据均采用SPSS23.0软件进行统计学处理。

高中历史阶段,学生的智力、知识和技能都在不断提高。因此,培养学生的核心能力是有针对性的。对历史的研究必须是系统而深刻的。各种能力必须协调发展,相辅相成,才能提高学科素养。这种能力主要是阅读能力、记忆能力、思维能力、表达能力四种。

Amaxl=-7.276·SP+779.3

某些作品可以根据其它材料确定其创作年代。如:水彩作品《耕》,账本标注为1934年。根据司徒常(华南文艺学院54级学生)在纪念李铁夫诞辰120周年(1989年)时写了一篇题为《李铁夫先生的晚年点滴记事》④文章。文中描述了其在“三十八年前”(1951年)是亲眼看到李铁夫作一幅水彩画的情景,而所描述的画面构图、色彩均与此画高度吻合(图11)。

(3)

式中:Amaxl为触发液化的水平峰值加速度(cm/s2);SP为黄土中粉粒百分含量(%)。

访问得知,该滑坡形成以后并未发生较大规模的变形,但滑坡中上部在强降雨后曾多次出现横向的拉张裂缝,滑坡的左壁发育有多处小滑坡,右壁及后壁有多个大型落水洞。

由式(3)可以看出,黄土粉粒含量越高,引起液化所需要的地震动水平地面峰值加速度越小。根据滑坡区原状黄土颗粒分析试验结果,其粉粒含量为67%,代入式(3)计算可得产生液化的临界地面水平地震动峰值加速度为291.8 cm/s2,该加速度值所对应的地震烈度为Ⅷ度,而1920年海原大地震时滑坡区地震烈度为Ⅹ度,由此推测其产生的加速度值远大于产生液化的临界值,地震动荷载满足液化产生的条件。

综合分析认为,海原地震发生时滑坡区下部黄土在场地条件、土层物性条件和地震动条件3个方面均满足黄土层产生液化的条件,具有产生黄土液化的可能性。而通过现场勘察得知滑坡长度达1 200 m,滑体土层厚度仅10 m,且呈流滑状态,现场采集的滑带附近土样可见清晰的液化流动纹理(图4),这些形态特征也表明该滑坡发生时下部黄土层有液化现象发生。

  

图4 现场采集的滑带附近土样中液化流动纹理

3.3 滑坡形成机理分析

根据滑坡区原状黄土参数,采用文献[4]中的震陷估算方法,在地震烈度为Ⅷ度时,滑坡区黄土层的计算震陷量约为70 cm。根据滑坡区黄土震陷性分析及震陷量计算结果,海原地震时滑坡区的地震烈度为Ⅹ度,认为在地震烈度为Ⅹ度的地震作用下,滑坡区黄土产生了较大的震陷变形。其宏观表现是黄土土体结构碎裂解体,微观表现为大量黄土颗粒落入黄土的架空孔隙中,使黄土独特的架空孔隙结构产生崩溃性破坏,在继续受到地震动荷载作用时,上部黄土层就会沿其下方的软弱面产生滑动。

另一方面,根据滑坡的勘察结果以及对滑坡区液化的反演分析,滑坡区地形平缓,下部土层含水率平均值达23.48%,基本处于饱和状态,且干密度较小,场地条件、土的物性条件及地震时的地震动荷载条件均满足黄土液化产生的条件,现场勘察结果证明,滑坡发生时下部靠近泥岩顶面黄土层存在液化现象。

因此,针对喜家湾地震黄土滑坡规模较大、角度低、滑距较长以及整体呈流滑状态的特征,认为喜家湾滑坡是在黄土地震震陷和黄土地震液化共同作用下产生的。与其他对地震黄土滑坡的形成机理研究成果相比,地震黄土滑坡主要为震陷型或液化型单一模式,而该地区由于特殊的工程地质条件,形成了震陷与液化复合型滑坡,滑坡的形成机理属于地震作用下的黄土震陷—液化复合模式,滑坡的变形、启动和整个滑动过程如图5所示。

  

图5 滑坡形成过程示意图

4 结论

1)宁夏回族自治区西吉县喜家湾滑坡区黄土具有较强的震陷性,采用原状黄土参数依据经验公式对黄土震陷量进行了分析计算,当地震烈度为Ⅷ度时计算的震陷系数可达8.9%,产生的震陷量约70 cm;

2)根据滑坡的勘察结果对黄土的液化情况进行了反演分析,证明该滑坡滑动过程中黄土发生了液化现象;

大约过了两个时辰,我们在牛车河追上了姜大爹他们。我们沿着去山里的路跑,姜大爹说山里偏远,不招兵丁。咸丰年间遍地是长毛,山里也冇闹过,东洋人就更不会去山里的。可东洋人偏偏让姜大爹失了算。我们近五百号人,还赶着猪啊牛的,拥成一大堆,还真是跑不快。赶了十几里快到杜陂时,一队东洋人就把我们追上了。

3)该滑坡的形成机理属于地震作用下的黄土震陷—液化复合模式。

参考文献:

[1] 张振中. 黄土地震灾害预测[M]. 北京: 地震出版社, 1999.

[2] 白铭学, 张苏民. 高烈度地震时黄土地层的液化移动[J]. 工程勘探, 1990(6): 1-5.

[3] 王兰民. 黄土动力学[M]. 北京: 地震出版社, 2003.

[4] 王兰民, 张振中. 地震时黄土震陷量的估算方法[J]. 自然灾害学报, 1993, 2(3): 85-94.

[5] 袁中夏, 王兰民, Yasuda S,等. 黄土液化机理和判别标准的再研究[J].地震工程与工程振动, 2004, 24(4): 164-169.

 
王明轩,倪万魁
《华北地震科学》 2018年第01期
《华北地震科学》2018年第01期文献

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