摘 要：地震对于边坡作用是造成边坡失稳的主要原因。文章对地震作用下边坡稳定性分析的多种方法进行了分析总结，根据现有的理论方法，总体上分成了确定性方法和不确定方法两个大类。其中确定性方法是当前主流的研究方法，并且从定性方法和定量方法两种手段进行了相应的介绍、分析、评述，分析了各种方式的特点及适用性，从而提出了现阶段研究上存在的不足，希望可以对未来研究发展的方向起到一定帮助。
关键词：地震 边坡稳定性 评价方法 确定性
中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（a）-0020-04
地震是造成人员伤亡损失的严重的自然灾害，地震作用下的边坡稳定性更是岩土工程、地质工程、地震工程关注的重要问题。对于地震作用下边坡稳定性的分析评价方法的有很多分类，比如：祁生文[1]将边坡地震稳定性评价方法归纳为：拟静力法、有限滑动位移法、Makdisi-Seed简化分析法、剪切楔法、概率分析方法以及数值方法。刘红帅等[2]从是否考虑边坡岩土体参数的不确定性角度，将岩土边坡地震稳定性评价方法分为确定性方法和概率分析方法两大类。赵体[3]从评价原理及手段的角度出发全面考虑边坡地震稳定性分析的评价方法，将边坡地震稳定性分析方法大致分为统计分析、物理试验和计算分析3类。以上分类都全面地涵盖了国内外地震作用下边坡稳定性的分析方法，但是对于多学科交叉的方法，并没有太多涉及，因此，该文在已有的分析方法上，对地震作用下边坡稳定性的分析方法中为确定性方法进行了分类、评价。
1 定性分析
定性分析是一种使用简单方便，可以快速评价地震作用下边坡稳定性的方法。它根据地震滑坡理论，对已发生地震的地区震后调查的大量结果分析，对震灾区域潜在滑坡体做出快速、客观、准确地判断，其中，工程地质调查法和资料统计为两种常用方法。
辛鸿博等[4]通过对我国地震触发的285例典型边坡崩滑实例进行分析研究，提出了以场地烈度、震级、震中距为标准的地震边坡崩滑初判准则。丁彦慧等[5]通过对我国地震引起的194例地震崩滑实例的研究分析，建立了适用于我国西部地区的分级判别地震崩滑的预测方法。建立了地震崩滑最大震中距与地震震级间存在的对应关系，提出了一种判定边坡稳定性综合指标法，并且得出当边坡的综合指标值小于稳定边坡临界值时，边坡稳定，否则边坡失稳。王余庆等[6]通过大量的已有地震滑坡资料分析，在第三级预测法中进行改进，在综合考虑各种条件的共同作用的基础上，确定以岩性构造、坡角、坡高、地震、降雨为主要影响因子，提出了各因子分级赋值的原则和方案，建立了可对不同因子进行区分和量化的含5个因子的综合指标法计算式，得出边坡危害指数，并结合实际地震进行了对比验证。黄润秋等[7]通过“5.12”汶川地震灾后地质灾害的现场调查和遥感解译手段获得11 308处地质灾害点，对地震地质灾害的分布与距发震断裂距离坡度、高程、岩性等因素的关系进行统计分析，指出了这些地震地质灾害的发生存在明显的上盘效应；距离发震断裂越近地质灾害发育密度越高；大多数的崩滑灾害多发生在河谷岸坡度较陡，岩体卸荷强烈，地震响应最为突出的部位。王秀英等[8]通过收集整理汶川地震记录的近3 000个崩滑点数据进行了地震诱发滑坡与地震动峰值加速度之间的对应关系研究，发现震动峰值加速度与地震诱发崩滑之间存在非常明显的正相关性。不同地质区域对应斜坡临界加速度有所不同，大多数在0.05～0.15 g之间变化，峰值加速度如果超过局部场地斜坡临界加速度后，更加可能诱发滑坡的发生。在龙门山震区存在0.2 g的峰值加速度分界线，高于临界值地震滑坡造成的地质灾害严重。
定性分析法是地震边坡稳定性判断分析最直接的一种方法，能准确、快速判断地震作用下边坡的总体规律，对地震造成的边坡失稳，以及工程抗震提供了有力依据。但是资料统计需要大量的数据以及资料，对于时间比较远的地震资料，往往记录的较少，这样对统计结果造成一定影响。工程地质调查法在复杂的边坡工程中有着明显的优势，但缺点也是显而易见的，如需要更多的人员的现场调查，或者更多采集数据的手段做支撑，耗费大量人力物力，做一项完整详细的调查，需要很长的时间。现阶段，技术手段相比以往已经很先进，但还不能足够快速地进行评定。
2 定量分析
定量分析的方法在地震作用下的边坡稳定性评价中主要是通过一定的数据收集，进行一系列复杂分析计算，进而得到一些尽可能精确的数据来对边坡的稳定性进行评价，给出一个较为准确的结论，对工程和实际研究有一定的指导作用。其中对于边坡地震作用下稳定性计算中，国内外常用的方法为计算边坡的地震安全系数或是最大滑动位移。
2.1 安全系数法
考虑地震安全系数判断或评价边坡稳定性有多种计算方式，其中拟静力法是最常用的一种方式。
1950年Terzaghi首次将拟静力法用于计算地震作用下边坡稳定性问题中，此方法是基于静力计算，将地震作用力简化为水平和竖直两个方向的不变的加速度作用，作用于滑坡体的重心，根据极限平衡理论建立静力平衡方程和力矩平衡方程，求解边坡的稳定性安全系数。拟静力法概念清晰，计算工作量小，因此得到了广泛应用，并且被编入到相关规范中。对于拟静力法，关键的问题是地震系数的选取。Terzaghi[9]曾经指出，一般性地震情况，水平向系数取0.1；破坏性地震情况，系数取0.2；灾难性地震情况，系数取0.5。国内方面，吕擎峰等[10]认为传统的拟静力法采用竖向条分法进行受力分析不能准确合理地计算地震惯性力矩，会产生误差。他们在通过计算竖向力时采用竖向条分，计算水平地震力对滑动力矩和抗滑力矩的作用时采用水平条分的方法计算安全系数，但是这样得到的安全系数小于传统拟静力法计算得到的安全系数。张建海等[11]提出了采用刚体弹簧元计算边坡等在地震波作用下的动力安全系数，此方法得出的安全系数是随地震波的作用而发生变化，从而更深刻地反映了动力现象本质。
拟静力法建立在假定理想的刚体基础上，实际的边坡并非刚性体，同时也很难考虑地震的特性以及边坡的材料的动力特性，因而，拟静力方法不能特别准确地评价边坡地震作用下的稳定性。
通过数值模拟计算安全系数的方法已经被国内外广泛应用。常用的方法的有有限元法、有限差分法、离散元法。薄景山等[12]使用有限元分析得到边坡动力作用下的应力场，再分别对每一时刻下确定的折线滑裂面和圆弧滑裂面上的抗滑力和下滑力进行积分，得到安全系数时程曲线，来确定为最小安全系数。但是用最小安全系数的方法过于保守，当小于最小安全系数时，边坡不一定彻底破坏。因此，刘汉龙等[13]认为用整个地震历时中的最小安全系数评价边坡的地震稳定性不太合适，提出了用最小平均安全系数作为评价指标，即利用安全系数最大振幅的0.65倍作为平均振幅来反映安全系数随地震波动变化的过程。吴兆营等[14]采用有限元计算某岩体边坡的动力安全系数时程，并给出时间加权平均安全系数。此外，马芳芳[15]提出以时间长度上安全系数的平均值作为评价指标，在可能滑裂区内搜索最小安全系数均值及对应的最危险滑裂面，考虑了地震荷载对边坡失稳的时间作用。邓东平等[16]基于滑动面搜索新方法对地震作用下边坡稳定性拟静力分析，通过算例对比分析，表明此方法计算得的安全系数略小于简化毕肖普、杨布圆弧法和极限分析上限法，得到的临界滑动面与临界圆弧滑动面也颇为相似，而在非均质土坡中表现为非圆弧型。
数值模拟的方法相比拟静力方法的优势显而易见，它能解决复杂条件下边坡动力问题。然而，也对计算机性能和软件硬件条件提出了更高的要求。此外，对于数值软件分析是所用到的模型、参数、边界条件、本构关系、加载方式等合理地选取，如何更加准确合理地使用，在未来的研究中还需要更加深入地分析研究。
目前，安全系数法是国内外使用最多的用来评价边坡地震作用下稳定性的方法，但是仍然存在如何确定最小安全系数这个难题。当达到最小安全系数时，边坡仍然有可能并未完全滑落，这对实际工程和灾后的判断产生了重要影响。因此，如何综合考虑边坡地震作用下稳定性的各方面因素，提出一种合理的最小安全系数，并且是研究与工程实际联系起来，更加合理地应用到实际的工程中，是未来研究中的核心。
2.2 永久位移法
边坡地震作用下稳定性分析另外一种重要的定量分析是根据永久位移分析边坡的稳定性。这是一种有别于安全系数法判别稳定性的方法，主要有Newmark滑块位移法和能量分析法两大类。
Newmark滑块分析法是边坡动力稳定性分析的常用方法之一。它根据地震作用下永久位移的标准来评价边坡的地震稳定性。Newmark法最关键的是屈服地震系数。Bray等[17]根据Newmark滑块机理，考虑了初始屈服地震系数（Ky）、初始基本周期（Ts）和当退化周期为1.5Ts时地面运动的谱加速度的影响，提出了一种简单的预测边坡地震作用下永久位移的模型。祁生文[18]提出了一种考虑了结构面有起伏的条件下，结构面退化的岩质边坡的地震永久位移算法。
Newmark滑块位移法只考虑了地震作用过程中所产生的永久位移，而忽略了计算地震作用后的永久位移。董建华等[19]提出了永久位移由地震作用过程中的位移和地震发生后位移两部分组成，并且建立地震作用后永久位移计算模型并求解，计算结果表明两个位移量的比值很大，因此震后位移不能忽略。通过试验模型研究位移变形是一种最为直观的方式。王思敬[20]将有限滑动位移法思路引入到动力条件下边坡稳定性分析中，采用大型振动台试验验证了基岩振动加速度可以超过极限加速度值而不一定导致动力失稳，但可能产生一定的最终位移。
国内外许多学者根据滑块位移法思想，通过数值模拟的方式研究边坡稳定性。陶连金等[21]应用动力离散元计算了某节理岩体边坡的永久位移，并对其进行了稳定性评价。刘春玲等[22]利用FLAC3D对某一实际边坡进行了动力分析，讨论了利用FLAC3D进行边坡动力分析时如何对参数进行选择，结果表明，在地震作用下，边坡会发生一定的永久位移。
以往的Newmark滑块位移法计算条件简单，并没有考虑竖向地震动和孔隙水压力条件。刘忠玉等[23]选用A型曲线对地震荷载作用下饱和黄土的孔压变化规律进行了分析发现：孔压累积会降低屈服地震系数，且与常规的Newmark法分析的进行了比较，结果显示考虑孔压累积时的永久位移计算值要大于常规的Newmark法分析的结果。黄建梁等[24]提出并建立了根据水平和竖直地震加速度时程估计坡体稳定的加速度、速度和位移时程的方法；讨论了地震动加速度时程的确定问题，评价了地震过程中坡体抗滑强度的衰减问题和孔隙的动态响应问题以及坡体地震稳定性的评定问题，根据实例得出了竖直地震动对地震位移计算的影响很小，在位移计算中可忽略竖直地震动的影响的结论。此外，李红军[25]等利用改进的Newmark滑块位移法，采用时程竖向加速度计算屈服角加速度，运用拟静力极限平衡分析和地震动力反应分析计算土工结构地震永久变形，根据算例表明：算屈服角加速度计算采用时程竖向加速度得到的滑动位移位于竖向加速度假定恒定向上或向下之间。
永久位移的方法很好的反应了地震作用下边坡累计效应，用宏观的位移量来表示边坡变形的情况，也是不同于安全系数法这样的理论计算方法，此外，该方法在对地震动、边坡动力特性有着准确认识和对地震反应有着合理模拟。因此，近些年受到了国内外的专家学者的广泛关注和深入研究。但是，永久位移的方法还存在很多的问题。在Newmark方法中，地震运动是三维的，但在进行边坡地震永久位移计算时常采用一维水平地震动输入；在计算永久位移时，对岩土体材料、特性以及参数的变化的研究还不够明确；Newmark法计算出的为一个平均位移，这样造成了无法确定边坡潜在滑移面各点的分布规律。近些年，虽有一些专家学者进行过一些大型振动台或离心机试验，但用于边坡地震稳定评价还不够明确。基于能量分析法判断永久位移，虽有相关研究，但数量还是很少，很难应用到实际工程或是稳定性评价。
3 结语与展望
该文就边坡地震作用下稳定性分析问题从过往的研究、发展和分析方法方面进行了总结，并进行了分类。虽然国内外的专家学者在边坡稳定性分析评价方面已经取得了大量的富有成效的成果以及结论，但是仍在存在一定的不足以及未来发展的需要关注的方面。
（1）定性分析方法依靠工程地质调查和资料统计手段来进行分析评价，但对资料与数据的数量上来说，还是相对的比较缺乏，但是今后如何建立数据库，以及将已有数据和资料与更多新的方法理论联系起来，用今后的工程实例来验证，可能未来发展的新方向。
（2）根据安全系数法确定稳定性方法是国内外最为常用的方法，在对于地震系数的研究上已经取得了一定的效果，但在地震动峰值加速度的放大系数的研究还不够深入，还不能准确的给出快速准确的给出地震系数。
（3）计算机软件的发展，依据相关软件分析提出的方法也是屡见不鲜，但如何将在地震作用下产生边坡失稳的各种因素，比如地震动参数，岩土体等各种参数都考虑全面，综合起来，得出更为准确的安全系数，并且用已发生的实例进行详细分析对比，从而应用到未来的地质灾害中或是工程案例中。
（4）竖向地震动已经被认为对边坡稳定性等影响起到了一定的作用，不少专家学者已经有相关研究，但是对于竖向地震动在地震作用下如何产生作用，以及对边坡稳定性影响所占的比重是多少的相关研究却很少。
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