臨夏市地震地質災害風險評價★

高中南 王 謙 鄭和祥

(1.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅抗震工程技術研究院，甘肅 蘭州 730000)

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·巖土工程·地基基礎·

臨夏市地震地質災害風險評價★

高中南1,2王 謙1*鄭和祥1,2

(1.中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅抗震工程技術研究院，甘肅 蘭州 730000)

在查閱臨夏市地質構造和歷史地震災害資料的基礎上，通過現場調查和室內試驗，分析了研究區內地震地質災害的發育特征，并對研究區未來遭遇破壞性地震時的地震地質災害風險進行了評價，為地質災害治理工作提供了依據。

地震，滑坡，土壤液化，災害特征

1 構造背景及歷史震害

臨夏市地處青藏高原東北緣與黃土高原交界的地貌梯級帶上，大地構造屬祁連山褶皺系中祁連隆起帶東段。區內早期構造活動比較強烈。周邊區域地形切割強烈，河流階地發育，斷裂活動明顯，表明其新構造活動十分強烈。區內及周邊地區受拉脊山北緣斷裂帶和西秦嶺北塬斷裂帶下乍—太子山段的影響，地震活動較為強烈。歷史上對臨夏市有影響的破壞性地震共有13次。其中，1920年海原Ms8.5級地震造成市區內損毀民房242間，四周山體崩裂，滑坡分布，其中東、北部受災較重，北山萬壽冠乾元塔1-3層震裂；1927年古浪Ms8.0級地震造成南山崖崩裂，鄧家村后、蘇孟村陡崖滑塌落土；1936年康樂南63/4地震和蘭州—臨夏5級地震均造成市區民房倒塌。

2 試樣、試驗方法及結果

通過現場調查，選取了5個場地取備土樣進行室內試驗。試驗中按照SL 237—1999土工試驗規程進行了土的主要物性指標測試，結果如表1所示。

表1 試驗所用土樣的主要物性參數

對LX-1試樣進行靜強度試驗。試驗前首先將土樣加工成直徑為39.1 mm、高度為80 mm的圓柱體試樣。試驗方法為CU。試驗時圍壓分別為100 kPa，150 kPa和200 kPa。在上述各級圍壓作用下，對試樣施加軸向壓力進行剪切直至破壞。試驗結果見表2。

表2 靜三軸強度試驗結果

對LX-2組的4個原狀黃土試樣進行震陷試驗。試樣均在σ1c=200 kPa，σ3c=118 kPa的固結壓力下進行固結，待固結變形穩定后，向不同的試樣的軸向施加不同幅值、頻率為1 Hz的等幅正弦荷載，測定試樣的殘余變形εP。震陷試驗結果如圖1所示。

分別對LX-1，LX-2組原狀黃土試樣和LX-4，LX-5組砂土試樣進行液化試驗。試驗采用反壓飽和和等壓固結，固結壓力分別按照取樣實際地層的固結壓力選取。循環剪切動荷載為頻率為1 Hz的正弦波。飽和砂土的液化標準采用Ud/σ0=1.0；而飽和原狀黃土的液化破壞標準為動應變εd=3%，且動孔隙水壓力系數Ud/σ0>0.2。根據試驗結果整理得到不同振動破壞次數對應的液化應力比值，如表3所示。

表3 不同振動破壞次數下的液化應力比

3 地震地質災害風險評價

3.1 地震滑坡災害風險評價

運用ABAQUS軟件對LX-1場地斜坡建模，通過調整折減系數對斜坡的靜力穩定性進行分析，求得斜坡的靜力穩定性安全系數Fs。為了考慮斜坡在動力作用下的穩定性，通過采用在模型底部輸入水平向地震波的方法，計算了地震作用下邊坡的穩定性安全系數Fsd。結果表明，Fsd=0.646。由此可知，該邊坡在地震作用下會發生破壞。

根據試驗和計算分析結果，對研究區未來地震中的滑坡災害進行了評估，結果表明：1)7度地震作用下，區內北部、東部斜坡、陡崖處可產生零星的小規模滑坡，滑體可能壓埋房屋或堵塞道路；2)8度地震作用下，區內北部、東部斜坡、陡崖處易產生中等規模的滑坡，陡崖處黃土極易崩滑，斜坡、陡崖下部的民居被壓埋破壞的風險較大，可能造成人員傷亡，地震滑坡災害危險性較大；區內南部山區植被覆蓋率較低的地區易產生小規模的滑坡；3)9度地震作用下，區內北部、東部可能出現較大范圍的滑坡，不少滑體規模較大，距離滑坡較近的民居被壓埋、破壞的風險性較高，可能造成較為嚴重的人員傷亡，滑坡易造成大規模的道路堵塞，局部公路可能被摧毀，危害十分嚴重；區內南部山區植被覆蓋率較低的地區也易產生中等規模的滑坡。

3.2 黃土震陷災害風險評價

研究表明，黃土震陷性的主要影響因素包括地基土的天然含水率、干密度以及動力荷載的類型等。土的天然含水率對土的震陷性有著決定性作用，震陷量隨天然含水率的增加而增大。干密度對震陷系數有較大的影響，在動應力相同時，震陷系數隨干密度的增大而減小。此外，動荷載類型對黃土的震陷也有一定影響：沖擊型荷載作用下土的殘余應變主要發生在最大峰值處；而對等幅循環荷載，殘余應變則發生在有效持時的整個震動過程中。

根據LX-2組原狀黃土試樣的震陷試驗結果，對該黃土場地的震陷量進行了計算，計算預測結果如表4所示。

表4 黃土場地震陷量預測結果

震陷量預測結果表明，在目前含水率狀態下，在地震烈度7度的作用下，該場地地基土基本不存在震陷問題；在地震烈度8度的作用下，場地將產生嚴重破壞的震害；在地震烈度9度的作用下，場地地基基礎將產生嚴重—失穩破壞的震害。因黃土的震陷性與濕度變化有密切關系。如果上述場地上因上下水等管理不當，使黃土濕度增大時，在地震烈度7度的作用下場地可能產生震陷災害。

根據以上研究結果，結合臨夏市區地形地貌特征及黃土的物理力學特性，對研究區黃土地基不均勻震陷災害進行了預測，結果如下：1)7度地震作用下，區內基本不存在震陷問題，但因上下水等管理不當使黃土濕度增大時，可能產生震陷災害；2)8度及以上地震作用下，區內覆蓋層厚度較大的場地將產生嚴重的震陷災害，特別是在覆蓋層厚度超過15 m的地區，未經過抗震陷處理的場地地基基礎將產生失穩破壞。

3.3 地震液化災害風險評價

研究表明，飽和黃土的抗液化強度受土的密度和塑性指數的影響較大。在其他指標相近的情況下，密度越大，抗液化強度越高；對于密度相近的黃土，塑性指數越大，表明黃土越偏粘性，抗液化強度相應增大。飽和砂土的抗液化強度主要受粒徑和密實度的影響。細砂的粒徑比粉砂的粒徑大，其顆粒之間的咬合作用更強，內摩擦力更大，從而使其抗液化強度更高。對于粒徑相近的飽和砂土，其抗液化強度主要受密度的影響，相比于密砂，松砂的抗液化強度更低，更易產生液化。

根據動三軸液化試驗結果，計算不同等效地震烈度下土的抗液化剪應力τ和地震作用下的平均剪應力τe，并根據Seed-Idriss簡化判別法判別其液化勢，結果如表5所示。

表5 不同場地土壤液化勢判別結果

根據表5可知，所取的土樣飽和后，在烈度為7度的地震作用下，所有土樣均不產生液化。在烈度為8度的地震作用下，LX-4細砂試樣不液化，其余土樣均產生液化。在烈度為9度的地震作用下，所有試樣均產生液化。相對于砂土，黃土在飽和狀態下由于起膠結作用的鹽類溶解而使其物理力學性能發生了變化，膠結性變弱，所以更易產生液化。

根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范，臨夏市的抗震設防烈度為7度(設計峰值加速度為0.1g)，潛在地震危險性較高。根據氣象部門的統計結果，近年來臨夏市區的年降水量有增加的趨勢，特別是夏、秋季節降雨集中。降雨入滲導致的地層含水率瞬時增大以及農田灌溉、生活給排水滲漏等導致局部地層含水率過高使得未來該地區遭遇地震時的液化災害風險性較大。

綜合動三軸液化試驗分析結果和研究區的地形地貌、地質構造特征，未來臨夏市地震液化災害預測結果如下：1)7度地震作用下，不考慮地震液化風險；2)8度地震作用下，塬邊、山區和高階地上的飽和黃土地層易產生液化，從而導致地震液化滑坡、泥流土流以及建筑地基沉降等地震地質災害；大夏河河谷和一級階地的粉砂層容易產生地震液化災害，并導致噴水冒砂、地面豎向不均勻沉降和地層橫向滑移等地震地質災害，但對于粒徑較粗、級配良好的砂土，可不考慮地震液化災害風險；3)9度地震作用下，飽和土體均會產生液化，由地震液化導致的山體滑坡、泥流土流以及河谷地區噴水冒砂、豎向不均勻沉降和橫向滑移區導致的地震地質災害風險性高。

4 結語

本文基于現場調查和室內試驗，對臨夏市主要地震地質災害風險進行了評價。主要得到以下結論：

1)地震作用下臨夏市北部、東部斜坡、陡崖處地震誘發黃土滑坡災害危險性較高；高烈度地震作用下南部植被覆蓋率較低的山區可能發生地震滑坡災害。

2)7度地震作用下臨夏市內天然含水率較高的黃土階地、臺地可能產生震陷災害；8度及以上地震作用下，區內覆蓋層厚度較大的場地將產生嚴重的震陷災害。

3)8度及以上地震作用下臨夏市區潛在地震液化災害風險較大，地震液化導致的山體滑坡、泥流土流以及河谷地區噴水冒砂、豎向不均勻沉降和橫向滑移區導致的地震地質災害風險性高。

4)地震地質災害防治應進一步調查地震地質災害危險區，加強地震滑坡監測預警，居民點和建設工程應當規避地震滑坡危險區；建設工程應做好震陷性和液化風險評估，并選擇合適的處理技術對易產生震陷、液化災害的場地地基進行處理；區內應堅持生態恢復和植被保護，減輕地震地質災害造成的損失。

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Risk evaluation of seismic geological disaster in Linxia city★

Gao Zhongnan1,2Wang Qian1*Zheng Hexiang1,2

(1.LanzhouInstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Lanzhou730000,China； 2.InstituteofAseismicEngineeringTechnologyofGansuProvince,Lanzhou730000,China)

Based on the data of geological structure and historical earthquake disasters in Linxia city, in this study, we analyzed the development of seismic geological disasters in the study area by field survey and indoor tests, then performed a risk assessment of geological disasters caused by future destructive earthquakes in the study area, provided basis for the geological hazard control work.

earthquake, landslide, soil liquefaction, disaster characteristics

1009-6825(2016)27-0040-03

2016-07-16★:地震科技星火計劃項目(項目編號：XH16038Y)和“未來精英”獎學金共同資助

高中南(1986- ),男，研究實習員； 鄭和祥(1963- )，男，工程師

王 謙(1985- )，男，助理研究員

P694

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