1、第 卷 第期 年月大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 ，收稿日期：项目来源：国家自然科学基金（）；国家重点研发计划（）。第一作者简介：寇瑞斌，硕士生，主要研究方向为地质工程与地质灾害，：。通讯作者：王运生，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为地质工程与地质灾害，：。：文章编号：（）兴文 地震震裂斜坡地震动响应特征寇瑞斌，王运生，胡东雨，唐涛，詹明斌，向超，吴昊宸，赵方彬，成都理工大学环境与土木工程学院，成都市东三路号，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都市东三路号，摘要：通过对宜宾珙县震裂斜坡上的台地震动监测仪器记录到的 宜宾兴文 地震地震波传播数据进行滤波和基线校
2、正，分析时程曲线、傅里叶频谱和加速度反应谱。结果表明：）本次地震持时短、幅度小，和监测点波持时较监测点长；）傅里叶频谱显示，水平方向低频衰减、中高频放大、频带变宽，垂直方向变化不明显；）以监测点为参考，和监测点峰值加速度（）放大系数为 ，阿里亚斯强度（）放大系数在 和 向为 ，监测点 向可达 ；）对比分析芦山仁家村（非震裂斜坡）监测剖面，认为珙县震裂斜坡存在放大效应。关键词：震裂斜坡；峰值加速度；阿里亚斯强度；放大效应中图分类号：；文献标识码：汶川大地震以及近年来发生的多起强震使得许多山体受到扰动，形成大量震裂斜坡。研究表明，不同微地貌单元对地质灾害发育具有明显影响，凸出地形、条形山体、单薄山
3、脊、坡折部位、山嘴两侧地形放大效应显著，多有震害发生。部分学者设计振动台模型实验，研究微地貌放大效应以及地震动参数影响边坡的动力响应规律。对震裂斜坡力学形成机制的研究较多，取得了一系列成果 ，但对震裂斜坡地震动响应特征的研究较少，尤其缺乏实际监测数据。受 年长宁 级地震和 年珙县 级地震灾害的影响，珙县珙泉镇三江村鹰咀岩地裂缝发生变形，直接威胁当地居民生命财产安全。本研究在鹰咀岩安置台地震动监测仪器，分析震裂斜坡的地震动响应特征，以期对珙县防灾减灾提供参考。监测剖面概况四川盆地南缘构造变形较为简单，岩层倾角相对较小，但地应力复杂，主要有北西向和滇东黔西的挤压应力以及四川盆地的刚性基底阻力，为应
4、力积累提供条件，易发生地震，兴文 地震即是正常的高地应力释放过程。本次地震震源深度 ，震中位置为 、，珙县地震监测台站距离震中约 ，震中位置及断裂展布见图。鹰咀岩不稳定斜坡前缘以公路内侧基覆界面为界，两侧均以微地貌小山脊为界，纵向长约 ，宽约 ，厚约，体积约 万。斜坡坡向约 ，平均坡度约 。斜坡中下部公路内侧局部可见基岩出露，岩性为灰褐色砂岩，产状为 ，岩层与斜坡倾向大体一致，为顺层斜坡。受 长 宁 县 级 地 震 以 及 珙县 级地震影响，斜坡体上出现条地裂缝 和（图）。地裂缝 可分为段，段走向约 ，长约，宽 ，深 ；段走向约 ，长约，宽 ，深 。地裂缝 走向约 ，长约，宽 ，深 。根据变形
5、特征，斜坡中后部区域为强变形区，长约 ，宽约 。鹰咀岩地裂缝所处斜坡目前均处于欠稳定状态，若遇持续降雨、地震等不利工况条件，形成灾害的可能性较大。珙县鹰咀岩斜坡体上布置有个监测点（图），监测剖面见图。监测点高程 ，位于斜坡前缘村道旁基岩上，岩性为三叠系下统飞仙关第 卷第期寇瑞斌等：兴文 地震震裂斜坡地震动响应特征图震中位置及断裂展布 （）（）为地裂缝 ，（）（）为地裂缝 图地震裂缝 图监测点位分布 组（）砂岩，岩层近水平，产状 ，层厚 ，中风化至微风化。监测点接近谷底，且岩体较完整，可以忽略地形效应，作为斜坡中上部监测点的参考点。监测点位于震裂斜图鹰咀岩监测剖面 坡中部基岩上，高程 ，地形坡度
6、较缓，约 ，表层覆盖物为粘土夹碎石，粘土为塑性，厚约 。监测点位于震裂斜坡地裂缝附近基岩上，高程 ，地形坡度 ，表层覆盖物为粘土夹碎石，粘土为塑性，厚约 大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 年月。和监测点表层有薄覆盖物，但传感器位于基岩上，可以忽略覆盖层影响，按照基岩场地进行分析。本研究使用 型结构与斜坡地震动响应监测仪，采样间隔为 。监测数据 时程曲线兴文 地震触发距离震中约 的鹰咀岩斜坡上的台地震动监测仪器，仪器记录到完整的地震波数据。使用 软件对数据进行基线校正和滤波处理，并分析时程曲线（图）。图地震动时程曲线 分析各监测点的地震动加速度时程曲线可知，本次地震持时短、幅度小，位于震裂
7、斜坡上部的和监测点 波持时较斜坡前缘监测点长，这是因为在限定范围内，地震波到时与持时随震中距的增加而增加，而高程增加相当于震中距增加。、和监测点的最大峰值加速度（）分别为 、和 ，监测点三分量方向加速度小于和监测点，地裂缝附近监测点最大 大于和监测点，这是由高程放大效应和震裂斜坡地震波传播遇不连续介质（地裂缝）发生反射叠加所致。地震波传播时由于波与 波波速不同步，因此能在较短时间内记录双峰型时程曲线，地裂缝附近监测点相较于监测点 向加速度双峰特征更加明显，且第峰值大于第峰值，这是因为波速较快的 波遇震裂斜坡不连续介质（地裂缝）发生反射并与波速较慢的 波叠加，从而在较短时间内增 强 波能 量，提
8、 高 第 波 峰（峰 值 加 速度）大小。在、和 方向上，各点均有不同程度的响应，大体上为 向最大，向次之，向最小，表明本次地震动优势方向为 向。傅里叶频谱地震波信号呈现正弦曲线，将其作傅里叶变换得到傅里叶频谱图（图），可反映场地不同频率范围的地震波能量强弱。图地震动傅里叶频谱图 从图可以看出，震裂斜坡场地对地震波频率（表）变化起到明显作用，监测点主频率较小，、和方向上分别为 、和 ；监测点三分量上主频率分别为 、和 ；监测点三分量上 主 频 率 分 别 为 、和 。表明该震裂斜坡对向和 向分量低频具有过滤吸收作用，对中高频具有放大增强作用，表现为低频衰减、中高频放大、频带变宽，这在地裂缝附近
9、监测点更加显著；向变化不明显，可能与震中距和表层覆盖物有关，有待进一步研究。加速度反应谱加速度反应谱是指在相同阻尼条件下，地表质点系的最大响应与场地自振周期的关系，可理解为阻尼相同、周期不同的质点系在地震过程中的最大响应（位移、速度和加速度），反映了场地的地震动和共振特性，其本质是反映最大响应绝对值与自振周期的函数关系 。阻尼比指场地在受到地震力荷载作用下振动的衰减，本文分析加速度反应谱时，将阻尼比设置为、和（图）。从图可以看出，加速度幅值随着阻尼比增第 卷第期寇瑞斌等：兴文 地震震裂斜坡地震动响应特征图地震动加速度反应谱 大而减小，且下降明显，在 后逐渐减小趋近于。反应谱升降趋势不随阻尼比变
10、化而发生显著改变，说明加速度反应谱可量化不同阻尼对地震波振幅的响应，而阻尼对震动过程的影响较小。在同一阻尼比条件下，地裂缝附近监测点的振幅值均大于和监测点，向反应谱显著大于 和 向。根据 建筑抗震设计规范，珙县为度 设 防 区，设 计 基 本 地 震 加 速 度 为 ，地震分组为第组，属于类场地，度和度水平地震影响系数最大值分别为 和 ，特征周期为 ，选择阻尼比的加速度，使用 程序绘制抗震设计反应谱。通过分析可知，监测点 向和监测点 向阻尼比反应谱峰值大于度设计谱，小于度设计谱；监测点 向阻尼比反应谱峰值接近度设计谱，阻尼比峰值超过度设计谱。通过调查发现，居民房屋墙壁出现裂缝（图（），道路内侧
11、斜坡覆盖层有垮塌（图（），这与反应谱分析结果一致。图监测点附近房屋损坏和斜坡垮塌 放大效应一般使用 放大系数和阿里亚斯强度（）放大系数研究地震动的放大效应。是地表上单质点体系震动绝对值最大的加速度；是地表上单质点加速度在时间上的积累，可以用来表征地震烈度，二者结果可以相互印证。大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 年月 鹰咀岩震裂斜坡地震动放大效应根据各监测点地震动参数（表），通过对比 放大系数和 放大系数（图），分析鹰咀岩震裂斜坡的放大效应。表各监测点地震动参数 监测点编号 （）（）主频率 图各监测点放大系数 忽略地形效应，将接近谷底基岩的监测点作为基准，分析震裂斜坡上部和监测点的放大效应
12、。监测点、和向的 放大系数分别为 、和 ，监测点、和 向的 放大系数分别为 、和 ，可见 放大系数 向向向。监测点、和向 放大系数 分 别 为 、和 ，监 测 点、和 向 放大系数分别为 、和 ，放大系数 向 向 向。放大系数和 放大系数均大于，表明和监测点均存在放大现象。放大系数大于 放大系数，表明 判定斜坡地震动响应更加合理、精细。放大系数和 放大系数的变化趋势相似，均为 向 向 向，表明 向在地震波作用下摇晃更强烈，为优势方向。此次震裂斜坡地震动响应表现出方向效应，原因为鹰咀岩斜坡位于长 、走向 的条形山体南坡，在地震波作用下，条形山体在近垂直其走向的方向（向）摇晃更加强烈。与芦山仁家村
13、地震动监测剖面对比芦山县仁家村在 芦山 地震后布设了条监测剖面共个地震动监测台站（表）。台站监测到芦山地震 级余震，根据中国地震台网测定，震中位置为 、，震源深度 ，监测台站距震中约 。珙县鹰咀岩监测点和监测点高程差，与芦山仁家村监测剖面点位高程差（）相近，且个场地传感器均放置于基岩（砂岩）上，因此将个场地的放大效应进行对比（表），分析震裂斜坡的放大效应。表芦山仁家村监测剖面点位场地信息 ，监测点编号高程场地类型场地坐标 基岩（含砾砂岩）、基岩（含砾砂岩）、表芦山地震和兴文地震响应参数对比 监测方向芦山 地震（非震裂斜坡）兴文 地震（震裂斜坡）放大系数 放大系数 放大系数 放大系数 由表可知，
14、芦山地震 放大系数为 ，放大系数为 ；兴文地震 放大系数为 ，放大系数为 。震裂斜坡的放大系数在 和 方向上明显大于非震裂斜坡，在 方向上则不明显，表明震裂斜坡对地震波存在放大现象。这是因为在震裂斜坡中，地震波传播遇到不连续介质（地裂缝）会发生反射，波速较快的波和先到达地表的波反射波与后续到达地表的波叠加，能量增强促使斜坡摇晃更加猛烈，发生震裂斜坡的放大响应。结语兴文 级地震触发位于珙县鹰咀岩震裂斜坡上的台地震监测仪器，完整记录到地震波的传播过程。通过研究时程曲线、傅里叶频谱和加速度反应谱，分析本次地震动响应特征，得到以下结论：）本次地震持时短、幅度小，、和监测点三分量方向最大峰值加速度分别为
15、 第 卷第期寇瑞斌等：兴文 地震震裂斜坡地震动响应特征，和监测点波持时较监测点长。）分析傅里叶频谱可知，、和监测点、向主频率值分别为 、，、和 、，震裂斜坡对水平向分量具有低频过滤吸收、中高频放大增强作用，表现为低频衰减、中高频放大、频带变宽，在地裂缝附近监测点该变化更加显著，而个监测点垂直向主频率值分布在 ，变化不明显。）在同一阻尼比条件下，地裂缝附近监测点的振幅值大于和监测点，向加速度反应谱显著大于和向。对比规范设计谱可知，监测点 向加速度反应谱最大，阻尼比峰值接近度设计谱，阻尼比峰值超过度设计谱。）以监测点为参考，和监测点 放大系数为 ，放大系数在和向为 ，地裂缝附近监测点 向可达 。对
16、比监测点，和监测点 放大系数和 放大系数均大于，且 向 向 向，向表现出明显的优势方向。这是 因 为 该 斜 坡 位 于 一 条 形 山 体（走 向 ）南侧，在地震波作用下，条形山体会在近垂直其走向的方向（向）摇晃更加剧烈。）对比芦山仁家村非震裂斜坡监测剖面可知，珙县鹰咀岩监测剖面的放大系数在水平方向更大，而在垂直方向不明显，表明震裂斜坡对地震波存在放大现象。这是因为地震波传播遇到不连续介质（地裂缝）会发生反射，波速较快的波和先到达地表的波反射波与后续到达地表的波叠加，能量增强促使斜坡摇晃更加剧烈，发生震裂斜坡的放大响应。致谢：感谢华地建设工程有限责任公司提供震后勘查成果。参考文献周兴涛，韩金良，施凤根，等地形地貌对地震波放大效应数值模拟研究工程地质学报，（）：（，（）：）王运生，明伟庭，刘江伟，等丘陵地貌区斜坡强震动响应特征：以四川省长宁县为例地球科学与环境学报，（）：（，（）：）李孝波，薄景山，王欣，等基岩地形对地震动影响研究岩土工程学报，（）：（，（）：）王运生，徐鸿彪，罗永红，等地震高位滑坡形成条件及抛射运 动 程 式 研 究 岩 石 力 学 与 工 程 学 报，（）：（，（）
