震陷滑坡建筑震害与设计对策

黄土边坡受地震作用土体结构受损，出现震陷液化失稳破坏形成滑坡坍塌，边坡上建筑震害比平地严重，存在局部地形引起的地震动放大现象；属于地震易损土和建筑抗震不利地段；临近边坡的建筑应布置在地震塌滑区外，基础距稳定边坡一定距离，进行大震作用下边坡稳定性验算；采用水平地震放大系数，增大地震作用进行建筑抗震计算，提高边坡稳定评价可靠性和建筑抗震能力。

六盘山以西陇中黄土丘陵区，受自然地形条件限制，常需在临近新黄土台地边坡布置建筑进行工程建设。土质疏松空隙比大的新黄土，在含水量W≤缩限含水量Ws时具有很强的湿陷性，在W＞Ws时除湿陷性外又有震陷性。含水增大和地震动作用都会使土体结构损坏、强度降低出现表面向下沉陷，在坡地陡坎处表现为坡面塌陷、在平地呈现出下沉裂缝。均匀黄土状边坡渗水性好，若下部无透水性差的隔水带，下渗不容易滞水形成流塑状的滑坡带，更多表现出渗水后的坡面局部湿陷性下陷，大部分滑坡是边坡内部土体下陷失稳所致。

现状稳定的自然边坡陡坎，在地震作用下边坡内土震陷塌落引起滑坡失稳破坏，破坏程度与土体结构含水地震烈度有关，具体由场地土性能指标含水量地形条件范围确定，震陷和滑坡程度随地震烈度增大而加重。一般年降水300mm以上黄土坡地，在≥7度地震地面加速度PGA=170GaL出现滑坡、≥8度滑坡密集、≥9度滑坡成片出现、≥10度山区形成滑坡黄土流，原因可能是W≥Ws和17%空隙比e≥0.90新黄土，在7度以上地震作用下出现震陷液化所致，地震烈度7、8、9、10、11度震陷量分别≤7cm、7~30cm、30~60cm、60~80cm和大于80cm。

黄土边坡受7度以上地震作用会出现失稳塌陷，评价黄土边坡稳定须考虑土的地震震陷液化影响；边坡建筑由于局部地形鞭端效应，产生黄土坡地地震放大现象，震害比平地建筑严重；本地区又属地震多发地，大部分位于8度以上抗震设防区，近年发生汶川、芦山、玉树地震均为超当地设防烈度大震，随着人口不断增加用地需求矛盾突出，在临近黄土边坡建设工程不可避免，有必要根据已有震害特点探索改进设计方法，提高边坡场地稳定评价可靠性和建筑抗震能力。

1震害特征

由湿陷性黄土Q14、新近堆积黄土Q24、人工填土和晚更新世马兰黄土Q3组成的新黄土边坡，含水低、无扰动时强度高，能够保持良好壁立稳定性。中等强度地震动作用下土体结构破坏，强度迅速降低出现震陷失稳下陷，在往复地震动加速度不断作用下，边坡土因震陷出现失稳破坏形成滑坡，地基土出现不均匀沉降和裂缝；边坡上建筑出现明显的地震放大效应，滑坡震陷液化和地震放大是主要震害。

1.1地震滑坡

确定的边坡滑坡坍塌主要与土体动强度Cd和地震烈度大小有关，地震动作用使疏松粒状新黄土结构体损坏强度降低出现震陷，扰动黄土动强度Cd比原状土降低30%~50%[3]，改变了边坡稳定条件出现滑坡。结构越疏松孔隙比越大含水越高、黄土Cd值越低震陷滑坡越容易出现，结构受损后的松散新黄土，在地震动能边坡势能的共同作用下，坡体倾泻向边坡外滑出，距坡顶水平滑距长LH≥2H，以前无水不滑坡说法，对黄土边坡为中强地震必滑坡。1970年西吉Ms5.3级地震震中烈度I0=7度，1995年永登Ms5.8级地震I0=8度，极震区黄土斜坡出现多处滑坡充分说明了这一点，且有水滑坡在黄土地区也与地震有关，前期地震使土强度降低、渗水性增强，后期暴雨迅速下渗，土强度持续减小，水土合算下滑推力增大出现滑坡。

1984年天水礼县、2012年彝良雨后滑坡应该属于这种情况。由于地震动作用黄土有效内摩擦角φd比静内摩擦角φ低7~8°，地震滑坡塌滑范围也比较大；至于地震烈度越高相当于下滑作用越大，滑坡越容易出现后果越严重；粗略估算7、8、9度地震，相当于边坡坡角β增加6、10、20°上下，无地震时β≤40°稳定的边坡，在7、8、9度地震作用下β≤33、30、21°才有可能稳定。黄土边坡稳定评价不宜采用土静力学指标，应采用地震作用下Cd和适当烈度加速度值验算，边坡稳定不全由坡高坡形土静力强度决定，而是地震动作用下的稳定性问题。

1.2边坡效应

7.22永登Ms5.8级地震中坡地地形高处振幅相对较大，山梁上地震烈度比山下高0.5~1度[2]，是地形引起的地震动放大现象。相似情况2013年岷漳Ms6.6级地震重复出现，建在山坡房屋灾情严重，部分倒塌，灾害分布与山体起伏地质构造走向趋于一致，局部地形和松软黄土对地震波的放大明显；2014年鲁甸Ms6.5级地震，建在坡地基础部分埋入地下的房屋，结构下部损害比平地严重。陡坎边坡和松软黄土属抗震不利地段已经验证，震害比同烈度平坦场地严重，边坡上的建筑应按抗震规范要求，采用水平地震增大系数，放大地震作用进行计算，提高建筑抗震能力，同一结构单元地下结构埋深嵌固位置相同，边坡挡墙与房屋结构脱开建设，结构计算模型与边界工况吻合。

1.3震陷液化

黄土震陷液化下陷失稳程度，与土质结构含水和地震烈度大小有关。干容重γd≥1.63g/cm3、W≤10%、e≤0.85的密实干黄土，在8度地震作用下无明显震陷；e≤0.8、W≥饱和含水量Wr的黄土一般无湿陷性；但e≥0.90、W≥缩限含水量Ws和17%黄土具有震陷性，且在含水增加湿陷消除后仍具有软土震陷性；W≥塑限含水量Wp和25%震陷明显，塑性指数IP≤10粉质黄土还会出现液化，震陷主要出现在距地面20m深范围[2]。滑坡上部以震陷失稳破坏为主，滑坡下部和土层深处兼有液化流滑失稳破坏，基础附近震陷出现在距基础中心2倍的基础宽范围，黄土液化多出现在W≥Wr、IP≤10粉质新黄土底部、地下水埋深较浅或有渗水源的沟河岸边附近。震陷多出现在土质疏松的上部W≥Wp的湿黄土中，同一场地震陷液化随烈度值增大而加重，新黄土边坡稳定验算应计入震陷和液化影响，对安全系数适当放大。

2设计对策

新黄土边坡具有地震场地土易损滑坡和建筑地震作用放大效应，设计应采取改进措施：建筑布置在地震塌滑区范围外；基础距稳定边坡一定距离；为边坡治理留足空间；进行地震作用下边坡稳定性验算；按验算情况调整基础设计建筑位置；采用水平地震放大系数；增大地震作用进行抗震验算；距离水体一定距离布置建筑；提高边坡地震稳定性和建筑抗震能力。

2.1建筑布置

为避免建筑位于滑坡体上失稳损坏，布置应避开地震塌滑区，坡顶建筑退让至塌滑面外、坡底无护坡建筑在边坡滑距外布置；塌滑区无直接荷载作用的新黄土边坡，其范围按L+Lt=H/tgθ估算，如图1所示，H边坡高L坡顶至坡底水平距离，LH坡顶至滑坡范围水平距离，θ土破裂角，θ=（β+φd）/2，φd黄土地震动内摩擦角，φd=φ-8°，φ黄土内摩擦角≈24~28°、含饱和水内摩擦角φr≈14~16°，Lt坡顶至塌滑区外缘水平距离，Lb滑坡范围至坡底水平距离，一般自然黄土边坡坡角β≤90°，Lt=（1/tgθ-1/tgβ）H，Lb=（2-1/tgβ）H，常见坡度不同φ值Lt和Lb计算结果见表1。坡顶建筑基础距塌滑区外缘最近距离≥1.5b、3d和3m，b垂直边坡方向基础宽，d桩基直径，按护坡尺寸为边坡治理留够空间；坡底建筑在滑距外、基础不影响边坡结构稳定最小间距≥2m，留足地面排水设施位置；条件受限不满足要求应设护坡或采用桩基础解决。

2.2稳定验算

均匀的黄土边坡稳定验算，应计入土和坡顶建筑自重，取场地活载10~20kN/m2，采用地震作用下沿基础内边的圆弧滑动面条分法计算。鉴于场地稳定的危害程度比建筑本身损坏还重要，省内黄土地区地震活跃，以前曾出现过较大地震，未来出现超设防烈度地震可能性存在，根据积极预防底线思维防灾理念，坡顶有建筑边坡应比设防烈度提高一度，相当于进行大震作用下边坡稳定性验算。考虑新黄土震陷和液化对滑坡不利影响，边坡地震作用下稳定性安全系数取Fst≥1.2，不满足应调整建筑位置基础形式和设护坡使其符合要求，各基本烈度通过土体重心指向坡外的水平地震作用Ge=αwG，G含建筑重的滑体自重标准值，饱和土取水土合算重度γsat≈18kN/m3，αw综合水平地震影响系数见表2[4]，土体滑坡面粘聚力采用地震动强度C。

2.3抗震计算

除H<5m、坡降H/L<0.3边坡外，其他边坡按其形态建筑与坡顶的距离L1，采用水平地震放大系数λ=1+ξα计算[5]，ξ附加水平地震调整系数：L1/H<2.5，ξ=1.0，2.5≤L1/H<5，ξ=0.6，L1/H≥5，ξ=0.3，建筑与边坡位置见图2，α局部突出地形地震动参数增大值见表3。为防止临水黄土边坡地震时液化发生流滑失稳破坏，建筑应距乡村20年一遇洪水位、城镇50年一遇洪水位水边＞5H和100~150m[6]。

3结语

新黄土边坡地震易损滑坡震害严重，建筑应布置在地震塌滑区外，基础距稳定边坡≥1.5b、3d和3m，留足治坡空间，坡底建筑位于边坡滑距外至少≥2m，留够地面排水设施位置；边坡稳定评价采用大震作用下、土加建筑自重的圆弧滑动面条分法计算，稳定安全系数Fst≥1.2；建筑抗震计算采用水平地震放大系数λ=1+ξα，增大地震作用提高抗震能力，建筑与水体距离＞5H和100～150m防止边坡流滑失稳破坏。