Shaking table tests on sliding characteristics and mechanism of liquefaction landslide of low-angle loess deposit in Shibeiyuan
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摘要: 在野外调查、勘探与室内试验的基础上，通过振动台模型试验对1920年海原地震宁夏石碑塬低角度液化滑移启动机理、地貌形成特征、失稳过程及其滑动机制进行研究。结果表明：石碑塬低角度液化滑移是1920年海源地震在特殊地层结构及高烈度地震动共同作用下产生的饱和砂质黄土地层的液化滑移；液化滑移过程包括液化启动、抛射加速、滑移堆积等3个阶段，液化滑移具有高速和长距离流动特性；试验结果表明液化启动是大规模滑移的触发机制；高峰值的地震加速度放大及惯性抛射是液化滑移高速远程的驱动机制；特殊的下部隔水层和中部饱和砂质黄土层的地层结构是大规模低角度滑移形成的物理基础；液化程度的差异造成不同层位土体的运移速度差及拉张推挤作用是形成峰谷相间波浪起伏地貌的原因。研究结果对强震作用下低角度黄土地层地震液化滑移灾害机理的认知与该类滑坡灾害防治技术方法的创新具有重要的参考验证价值。Abstract: Based on the field investigation, exploration and laboratory tests, the initiation mechanism of low-angle liquefaction sliding, geomorphologic formation characteristics, instability process and sliding mechanism of Shibeiyuan in Ningxia during the 1920 Haiyuan earthquake are studied by shaking table model tests. The results show that the low-angle liquefaction sliding of Shibeiyuan is the liquefaction one of the saturated sandy loess formation caused by the special stratum structure and high-intensity ground motion of the 1920 Haiyuan earthquake. The liquefaction sliding process includes three stages: initiation of liquefaction stage, ejected acceleration stage, flow slipping and accumulation stage. Finally, the liquefaction sliding is characterized by high-speed and long-distance flows. The results show that the initiation of liquefaction is the trigger mechanism of large-scale sliding. The seismic acceleration amplification at the peak value and the inertial ejection are the driving mechanism of liquefaction sliding at high speed and long distance. The special stratigraphic structure of the lower permeability aquifer at the bottom and the saturated sandy loess layer in the middle is the physical basis for the formation of large-scale liquefaction sliding with low angle. The difference of liquefied degree leads to that of transport velocity of soils in different layers and the stretching and pushing action, which is the reason for the wavy geomorphology with peaks and valleys. The research results have important reference value for the recognition of earthquake liquefaction and sliding disaster mechanism of low-angle loess stratum under strong earthquakes and the innovation of landslide prevention and control technology.
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Keywords:
- Shibeiyuan /
- seismic liquefaction /
- sliding characteristic /
- sliding mechanism /
- shaking table test
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0. 引言
1920年宁夏海原MS8.5级地震在位于Ⅹ度区的固原市原州区西北约14 km处的石碑塬地区，触发了坡度为2°~5°的缓斜坡浅层大规模液化滑移，沿滑移区走向形成了长约6 km，宽1.2~1.8 km，面积达9 km2的大规模液化滑移，造成了极其严重的震害。地震液化造成的黄土地层低角度滑移是一种比较罕见的震害现象，滑移区整体延展表现蛇曲形和斜列形。本次地震造成的黄土地层低角度滑移与黄土梁、峁、丘陵地区发生的高角度黄土滑坡在地貌形态和形成机制方面有所不同，液化滑移形成了典型的峰谷相间的波浪起伏状地貌而被众多的学者所关注。
白铭学等[1]通过对石碑塬黄土地层液化滑移区现场考察和室内试验分析后认为，地震时位于第一古土壤层下的含砂层段液化，强大的孔隙水压力使液化层和上覆古土壤层及黄土层受到上涌推挤形成了大范围的黄土滑移。王兰民[2-3]基于现场大型探槽和钻孔勘探、室内动三轴试验、现场剪切波速测试、SPT测试、土体微结构测试和数值模拟分析，系统研究了石碑塬大规模地层液化滑移的滑动条件、运动学及动力学特征，反演计算了触发该液化滑移的临界峰值加速度，论述了黄土地层大规模地震液化滑移的机制，构建了滑距和致灾范围预测模型；提出了液化滑移灾害的概率风险评估方法，给出了不同超越概率下黄土地层大规模地震液化灾害风险区划图。另外，相关学者基于室内动三轴试验[4-6]、剪切波速测试[7]、环剪试验[8]、水槽模型试验[9]、数值模拟[10]等方法，研究了石碑塬黄土层的液化势与液化机制，涉及“剪切稀化”、“孔压增长影响，黄土解体、斜抛、粉尘化过程[11]”、“低稳态强度下的侧向流滑[8]”等认识。
上述研究判定了石碑塬不同地层液化的可能性，判断了可液化土层的位置，推断了可能造成石碑塬大规模地层滑移的机制，但对于石碑塬滑移机制仍存在不同认识。本文在总结参考前人研究成果的基础上，通过振动台物理模型试验重现该地层液化滑移，旨在再现本次滑坡的物理力学过程；模拟地层在地震作用下坡体的动力响应、斜坡体失稳后的流滑运移；研究波浪型峰谷地貌的峰、谷形成机制，并基于振动台试验加速度和孔隙水压力的数据提出低角度黄土地层大规模滑移机制。研究结果可为此类滑坡的研究认知与防治提供参考，为此类灾害的风险防控提供依据。
1. 石碑塬滑移区地层结构及地层简化
石碑塬位于清水河沉降带南部头营村与固原市之间，距离固原市原州区约14 km，为1920年宁夏海原MS8.5级地震的Ⅹ度区。塬展布走向为NW25°，南北长16 km，东西最宽处为5.5 km，塬面由南东向西和北西方向倾斜，在地貌上表现为突兀高起的黄土塬。从塬面往西，为向西缓倾斜的斜坡，坡角为2.75°~3.5°。石碑塬液化滑移区总体走向与塬面基本一致，为NW25°，沿走向长6 km，宽1.2~1.8 km，分南北滑移区（图 1），北部滑移区由于人类耕种、居住等活动已将地表的破坏形迹夷平，很难寻找滑移原始地貌。而南部滑移区在西北侧的清水河四级黄土台塬上，滑移区东侧有塌山林场, 其液化滑移所形成的地貌形态保持较好，虽然经历了近百年变迁，该区仍保留了部分较为明显的滑移特征（图 2），为液化滑移的研究提供了一定的地貌基础。南滑移区的南北长约2.3 km，东西宽1.2~1.5 km，影响范围约2 km2。南滑移区的滑体厚10~30 m，滑移土体土方量超过4000万m3[12]。前人研究及现场踏勘表明该区由于液化滑移形成了峰谷相间的波浪型显著地貌特征，滑移体后缘形成了多级不同程度的陷落，后缘陡坎处下落错动达15~25 m（图 3），陡坎上部平台整体有几十厘米至几十米不同程度的滑移。
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图 2 南滑移区现存地貌、钻孔及探槽位置Figure 2. Existing landforms, boreholes and trial trench in south sliding zone1.1 石碑塬区地层结构
石碑塬地震诱发滑坡事件的发生，是特定的斜坡地质体对地震动力变形协调响应，最后产生失稳滑动的结果。这除了与外部诱发因素地震动特性（强度、频谱、持时）密切相关外，还依赖于斜坡地质体的岩土动力特性、地层结构、水文地质环境等内部要素[3]。根据对石碑塬地区现场开挖取样、钻孔勘探、探槽开挖和历史文献的对比分析，结合滑移体后缘钻孔（ZK3）、滑移体右缘未扰动区钻孔(ZK1)及探槽剖面（图 2）对比得到滑动前地层剖面，依据钻孔土样的物理力学参数厘清了石碑塬未滑动地层和滑移后的详细地层剖面（图 4）。钻孔岩性表明在上部黄土层（厚度12~16 m）下部有1.4~2.0 m的第一古土壤层覆盖在砂质黄土层（厚度5.1~11.7 m）之上，砂质黄土层下部为0.9~6.0 m左右厚的第二古土壤层，第二古土壤层下部为饱和的Q2黄土层。根据钻孔波速测试获得不同层位土层可液化情况见表 1。
表 1 石碑塬液化地层及其液化判别结果Table 1. Distribution of liquefied strata and discriminant results of Shibeiyuan地层类型 土层厚度/m 土层描述 剪切波速/(m·s-1) 取样深度/m 液化临界剪切波速/(m·s-1)(液化判别结果[6]) Ⅶ Ⅷ Ⅸ 上部黄土层 12~16 黄褐色、次密、较均匀，岩心成短柱状 151 6.5 — — 151 第一古土壤层 1.4~2.0 红褐色、硬塑状、中密、具层理 211 10.5 68(否) 94(否) 135(否) 砂质黄土层 5.1~11.7 黄褐色、中湿、土层较均匀 188 15 98(否) 136(否) 196(是) 第二古土壤层 0.9~6.0 红褐色、硬塑、中密、较湿 244 35.5 118(否) 163(否) 236(否) Q2古土壤层 11.4~21.2 褐色、软塑、稍密、具缩孔现象 272 40 122(否) 169(否) 244(否) 1.2 滑移区滑移体特征
通过对石碑塬液化滑移现场考察、卫星影像解译及航拍测绘，发现石碑塬液化滑移体与黄土地震滑坡堆积体不同，具有独特的地貌形态。石碑塬滑移土体的独特地貌主要表现：①从滑移区后壁开始，沿着滑移方向由滑移堆积体（波峰）和滑移堆积体两侧的低洼谷地（波谷）形成一系列黄土波浪状地貌。在滑移区靠近后壁段和中段，峰谷相间排列节律性很强，波峰、波谷体积间隔大，整体表现出波浪起伏状峰谷相间的流滑地貌。②滑移区前、中、后段黄土的砂砾含量不等，砂层埋深位置不同, 砂层在其方向性上有逐步尖灭的趋势，滑移过程中的大量的卷积至饱和砂黄土的液化层残留部分形成零星透镜体砂层[13]。③滑移后壁的后缘面斜坡为多级陡坎，最多可见5级陡坎，陡坎高度为1~2 m，到滑移区前缘滑移体变为波浪状黄土土丘，滑移体在平面走向变现为蛇曲形和斜列形。
1.3 滑移地层剖面简化
运动学特征是解析黄土地震灾害动力学致灾机制的基础，为重现石碑塬地层滑移运动过程，研究其触发的动力学机制，以获取的石碑塬地区未滑移地层模型为原型，根据现场钻孔和开挖探槽剖面，结合历史文献获取滑移区滑前地层剖面。通过液化层深度及研究需要对地层剖面进行简化，本研究选取Q2上部各土层，按空间几何比例建立简化地层剖面（图 5）。将石碑塬滑移区地层的滑前剖面简化为图 5所示地层剖面结构：分别为上部Q3黄土，中部Q3砂质黄土层及下部Q2黄土（将第二古土壤层和下部Q2黄土简化为一层），在上部Q3黄土层和中部Q3砂质黄土层中间有一层古土壤层，命名为第一古土壤层。地下水位线为近期现场调查测所得水位，根据历史文献《固原县志》 “向居平原之人，家有井绳十丈，震前忽强半而能汲水…[3]”记载地震时地下水位应有所上升，故饱和土体应为砂黄土层大部。该地层剖面为滑坡重现和数值模拟反演验证提供依据。各地层的主要物性参数、颗粒成分通过现场钻孔和探槽不同地层取样后在室内做基本物性指标测试及粒度分析，结果汇总见表 2。
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图 5 石碑塬原始地层剖面简化模型Figure 5. Simplified model for profile of original strata in Shibeiyuan表 2 不同土层试样的基本物性指标及颗粒组成Table 2. Basic physical property indexes and particle composition of samples from different strata地层土样 取样深度/m 干密度/(g·cm-3) 含水率w/% 孔隙比 饱和度Sr/% 颗粒组成/% 黏粒 粉粒 砂粒 上部非饱和黄土层（Q3、Q4） 6.5 1.35 5.51 1.12 13.36 13.15 77.99 8.86 第一古土壤层（Q3） 13.5 1.68 11.14 0.79 38.08 16.97 81.01 2.02 饱和砂质黄土层（Q3） 16.5 1.65 27.69 1.09 75.40 12.20 59.66 28.14 Q2古土壤层（Q2） 35.5 1.72 26.82 1.00 72.82 13.22 66.21 20.57 2. 振动台模型试验方案
根据简化的滑移地层剖面，依据现有水槽模型槽的尺寸和振动台尺寸，确定试验用水槽模型箱长×宽×高为2100 mm×500 mm×450 mm，模型箱用螺栓固定在大型振动台上，在台面水槽前端放置滑移体储存箱。根据石碑塬液化滑移体原型尺寸和现有模型箱尺寸，依据相似原理，采用文献[14]所述Π定理量纲分析法推导模型材料与原型材料相似比，确定模型和原型几何相似比定为1︰100。但对于土质斜坡采用1︰100相似比制作模型时，材料相似不可能满足相似比要求，根据研究目标和模型制作的可操作性，在模型制备时只考虑几何尺寸相似，各层位土体取自石碑塬探槽相应部位，土层参数与石碑塬滑移体探槽及取样点的对应土层参数一致，不采用相似配比材料。
2.1 模型制作
模型制作时根据表 2各层的物性参数对模型各土层进行参数控制，以密度为控制量，采用人工分层夯筑制作模型, 每层模型夯筑时根据含水率和密度计算出所用土体体积和水的质量，均质填土，每5 cm为一层分层夯实。填筑模型时使用截面尺寸为5 cm×5 cm质量为5 kg的铸铁板从50 cm高度自由下落，控制模型夯筑密度，分层夯填过程须对上一层夯填表面进行刮毛处理，消除模型制作过程中分层对试验结果影响。砂质黄土层夯筑时首先根据计算使拌合土体含水率为10%，填入模型箱夯筑后再多次均匀浇水，控制渗透水总量使土体含水率达到27.69%。每层完成制作后用环刀取样，测试其不同层位的土体含水率和密度，控制其达到表 2所列的参数值要求。
前人的研究认为石碑塬滑坡体的滑移机制主要为第一古土壤层和第二古土壤层之间的砂质黄土液化，上浮黄土层是在下部液化层的托举作用下滑移运动。为了对此认识进行验证，在模型制作时在上覆Q3黄土层自后壁开始140 cm截面处设置了可转动挡板，用于观察上覆土层的运动情况。模型箱最前端的密封挡板在模型制作及加载低烈度地震作用时设置为固定挡板，用玻璃胶密封。完成制作的模型尺寸及模型箱在振动台上的安装方式见图 6。
2.2 传感器布设
试验中主要测试模型不同土层的振动加速度、饱和砂质黄土层内部及第一古土壤层Q1两侧和下部古土壤层Q2上表层的孔隙水压力，在模型4个截面沿高程布设了加速度计及孔隙水压力计。加振过程中对模型的正面，前部，后部3个部位设置了摄像机用于记录模型剖面、顶部及坡脚不同部位的运动情况。传感器布设情况如图 7所示。
2.3 输入波形选取及试验加载序列
根据滑前石碑塬简化地层结构，利用水槽模型箱建立了包含上部非饱和黄土Q3、第一古土壤层Q1、中部饱和砂质黄土和下部Q2古土壤层的振动台试验模型。由于缺乏1920年海原大地震地震波的原始数据记录，相比较2008年汶川地震震级与海原地震在震级上较为接近，研究区1920年地震时的烈度与汶川地震时卧龙台所在位置的烈度较为接近。因此，采用汶川8.0级地震卧龙台的地震动加速度时程进行加载，该波形的时程曲线见图 8，试验加载序列见表 3。
表 3 试验加载序列Table 3. Loading sequences for tests序号 加载波形 激振方向 烈度 设计输入振幅/gal 实际加载幅值/gal 1 正弦扫频 水平（x） — 50 2 汶川地震记录波 水平（x） Ⅶ度 100 95 3 汶川地震记录波 水平（x） Ⅷ度 200 185 4 汶川地震记录波 水平（x） Ⅷ度 300 290 5 汶川地震记录波 水平（x） Ⅸ度 400 385 6 汶川地震记录波 水平（x） Ⅸ度 600 626 7 汶川地震记录波 水平（x） Ⅸ度 800 825 8 正弦扫频 水平（x） — 50 9 汶川地震记录波 水平（x） Ⅹ度 1200 1154 3. 液化滑移破坏过程及机制分析
依据振动台试验数据、滑移过程视频记录、宏观破坏现象等，对模型试验结果进行分析，从模型破宏观变形坏过程和液化滑移形成机制两个方面展开讨论。
3.1 模型宏观变形破坏过程
地震波从100~1200 gal（1 gal=1 cm/s2）逐级加载，模型不同层位变化可分为如下4个阶段。
（1）振动初始液化
初始加载100 gal时模型无明显变化（图 9（a）），当输入地震动为200 gal（台面实际加速度185 gal）时，饱和层砂质黄土层坡肩底部靠近Q2第二古土壤层的砂质黄土发生局部液化，液化层砂质黄土层出现分层现象，部分砂以透镜体形式出现（图 9（b））。当输入地震动为300 gal（实际台面响应值295 gal）时，饱和砂质黄土层液化层厚度进一步增大，上覆土层产生沉降量，模型后部坡肩位置最大沉降量达1 cm（图 9（c））。
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图 9 100~300 gal加振后模型水位线、液化及变形Figure 9. Water levels, liquefaction and deformations of model after vibration of 100~300 gal（2）局部液化到饱和层后部液化推挤
当输入地震动为400 gal（台面实际加速度385 gal）时，模型后部坡肩下方靠中部位置最大液化层厚度达到5.5 cm（图 10（b）），模型中部液化层分层区域变大（图 10（c））。当输入地震动为600 gal（台面实际加速度626 gal）时，坡顶沉降量无明显增大，模型中后部饱和层液化，托浮上部土层出现推挤向前的趋势（图 10（d）），顶部黄土层推挤其前的可拆卸挡板，挡板翻倒，土层前移约5 mm（图 10（e））。
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图 10 400~600 gal加振后模型水位线、局部液化、运移及变形Figure 10. Water levels, local liquefaction, migration and deformations of model after vibration of 400~600 gal（3）后部液化推挤到饱和层整体液化运移
当输入地震动为800 gal（台面实际加速度825 gal）时，饱和砂质黄土层液化层底部出现更加明显的分层现象（图 11（b）），同时模型中后部整体向前，液化层呈现明显流动痕迹（图 11（c）），饱和砂质黄土层下部液化层出现波浪状液化起伏隆起和低谷，托浮上覆土体（包括第一古土壤层和上覆黄土）整体向前运移（图 11（d））。
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图 11 800 gal加振后模型水位线、液化层运移及变形特征Figure 11. Water levels, migration and deformation characteristics of liquefied layer after vibration of 800 gal（4）液化层托浮上部土体整体流滑
当输入地震动为1200 gal（台面实际加速度1154 gal）时，模型中部饱和砂质黄土层几乎完全液化（图 12（a），（b）），模型后部最大液化层厚度为12 cm（图 12（f）），向前逐渐减薄，在距离模型前端1/3处又增厚（图 12（b）），同时坡体中后部自坡肩向前饱和砂质黄土液化层出现波浪起状（图 12（b）），上覆黄土层在液化层托浮作用下整体向前滑移，前端滑移冲出距离5 cm，底部液化层推倒密封挡板冲出滑槽约10 cm，液化土层有水析出（图 12（c））。模型后壁脱离箱体约3 cm，并且在模型顶部前中后不同位置逐级出现错落式拉张破坏的裂隙，裂隙自上而下贯通至液化层，从前至后裂隙宽度不等，在坡体中部最宽可达3 cm，中前部和中后部裂隙宽分别由2~5 cm和1~3 cm不等（图 12（e），（f））。模型上部错落式拉张裂隙和底部液化层波浪起伏状形态（图 13（a））较好地再现了1920年海原地震时石碑塬液化滑移后的地形，与郭海涛等[13]依据钻孔数据根据内插法获取的液化滑移特征也比较一致（图 13（b））。
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图 12 1200 gal加振后模型水位线、液化层整体运移及变形破坏特征Figure 12. Water levels, migration and deformations and failure characteristics of liquefied layer after vibration of 1200 gal![]()
图 13 模型液化滑移后特征对比Figure 13. Comparison of characteristics of model after liquefaction sliding failure3.2 液化滑移机制分析
（1）液化滑移启动
根据摄像机拍摄的试验宏观现象和传感器测试数据可以得出：加振初始阶段，当输入地震动为200~400 gal时，模型中孔压除Pw3测点一直为直线增长外，其余测点的孔压无明显变化（图 14），该阶段模型仅在饱和砂质黄土后部发生局部液化。
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图 14 初始液化阶段模型坡体内加速度和孔隙水压力发展趋势Figure 14. Development trend of acceleration and pore-water pressure of model slope at initial liquefaction stage当加载地震动输入峰值到600 gal，实际台面响应值为671 gal时，模型坡肩底部Pw1，Pw2孔隙水压力随着主震地震波的加载出现突变增长，增大值均约为0.12 kPa.当主震波结束后孔压又恢复平稳，呈保持状态（图 15（a））。坡肩底部液化层由于砂和砂黄土的重度不同，液化后土体出现分层沉降，出现了砂层和黄土粉粒的互层现象，该现象可以很好的解释现场考察时出现的砂层不连续现象和白铭学等的研究中指出的粉、细、中砂表面出现波浪状，云卷状，粉细砂和砂质黄土之间互有穿插现象[12]。该阶段为饱和砂质黄土层的液化滑移启动阶段。当输入地震动达到800 gal饱和砂质黄土层基本全部液化（图 11（c）），模型中后部已有向前推挤运移趋势，液化启动是土体大规模滑移的触发机制。
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图 15 液化滑移启动阶段模型坡体内加速度和孔隙水压力发展趋势Figure 15. Development trend of acceleration and pore-water pressure of model slope at start liquefaction slip stage（2）抛射加速
在地震持续振动作用下，液化砂质黄土层犹如盛在碗中的豆腐脑，在上下古土壤层的隔水保压作用下，有效应力基本丧失，抗剪强度基本为0，但地震动造成的孔压不足以冲破上覆土壤层的保压作用，依然为稀化晃动状态。当输入地震动峰值为1200 gal时（图 16），饱和砂质黄土层底部孔压瞬间增大，同时上部第一古土壤层在巨大的地震加速抛射作用下拉裂，急剧增大的孔隙水裹挟液化物质从裂隙喷出，孔隙水压力急剧降低，出现类似砂土液化的喷砂冒水现象（图 13（a））。同时，饱和液化层也在强烈抛射作用下整体向前运移，托浮上部土层整体向前滑移（图 16）。前人室内试验与数值模拟反演计算表明，触发这一液化的地面水平峰值加速度为385 gal[2]，根据振动台试验结果触发液化的地震动加速约为320 gal（图 14（a）），而产生大规模液化流滑的地震动峰值加速度至少需在800 gal（图 15（b））以上，1920年海原震震级为8.5级，石碑塬地区烈度为Ⅹ度，根据历史地震监测峰值加速度分布判断石碑塬液化区地震时的峰值加速应该在800 gal以上，因此，高烈度的地震加速是液化滑移高速远程的驱动机制。
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图 16 1200 gal加载后模型液化流滑及破坏后特征Figure 16. Sliding and failure characteristics of liquefaction flow of model after loading of 1200 gal（3）流滑堆积
在高烈度地震作用下液化土体产长距离的流滑，由于中后部液化土体拉压、向前推挤滑移，而中前部未液化土体阻挡，在后部土体的向前推挤，液化滑移体反复拉裂挤压、液化物质上涌顶升耦合作用下，滑移土体在开裂部位形成波谷地形，在堆积部位形成波峰，最终在液化区形成的大规模蛇曲形和雁列型波浪起伏状的地貌，液化滑移土体拉压、推挤，未液化土体阻挡、堆积形成波浪地形，不同层位土体的运移的速度差（由不同部位的加速度差导致）及拉张推挤作用是形成峰谷相间波浪起伏状地貌的机制。
4. 结论
（1）通过振动台模型试验重现了1920海原8.5级地震在宁夏石碑塬造成大规模黄土地层低角度滑移的物理过程。
（2）通过模型试验对石碑塬低角度黄土地层液化滑移的动力学机制进行了研究，将石碑塬液化滑移机制总结为液化启动、抛射加速、流滑堆积等三个阶段。
（3）通过模型试验分析，得出液化启动是大规模滑移的触发机制；高烈度的地震加速是液化滑移高速远程的驱动机制；液化流滑及不同层位土体滑移的速度差及拉张、推挤、阻挡、堆积作用是形成峰谷相间波浪起伏状地貌的运动学机制。
（4）低角度黄土斜坡在地震液化初期及较小地震动作用不会产生液化滑移，但会出现局部液化沉降及软化，造成地基承载力下降。但在高烈度地震作用下液化土体会出现高速和远距离的液化流滑。表现出高致灾性和高破坏性，因此，应对该类地震灾害给予足够的认识和重视，从灾害的形成机理中寻求防范和治理措施。
致谢: 感谢中国地震局兰州地震研究所王谦副研究员、钟秀梅副研究员以及兰州大学马为功博士为本试验给予的支持和帮助。 -
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图 2 南滑移区现存地貌、钻孔及探槽位置
Figure 2. Existing landforms, boreholes and trial trench in south sliding zone
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图 5 石碑塬原始地层剖面简化模型
Figure 5. Simplified model for profile of original strata in Shibeiyuan
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图 9 100~300 gal加振后模型水位线、液化及变形
Figure 9. Water levels, liquefaction and deformations of model after vibration of 100~300 gal
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图 10 400~600 gal加振后模型水位线、局部液化、运移及变形
Figure 10. Water levels, local liquefaction, migration and deformations of model after vibration of 400~600 gal
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图 11 800 gal加振后模型水位线、液化层运移及变形特征
Figure 11. Water levels, migration and deformation characteristics of liquefied layer after vibration of 800 gal
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图 12 1200 gal加振后模型水位线、液化层整体运移及变形破坏特征
Figure 12. Water levels, migration and deformations and failure characteristics of liquefied layer after vibration of 1200 gal
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图 13 模型液化滑移后特征对比
Figure 13. Comparison of characteristics of model after liquefaction sliding failure
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图 14 初始液化阶段模型坡体内加速度和孔隙水压力发展趋势
Figure 14. Development trend of acceleration and pore-water pressure of model slope at initial liquefaction stage
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图 15 液化滑移启动阶段模型坡体内加速度和孔隙水压力发展趋势
Figure 15. Development trend of acceleration and pore-water pressure of model slope at start liquefaction slip stage
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图 16 1200 gal加载后模型液化流滑及破坏后特征
Figure 16. Sliding and failure characteristics of liquefaction flow of model after loading of 1200 gal
表 1 石碑塬液化地层及其液化判别结果
Table 1 Distribution of liquefied strata and discriminant results of Shibeiyuan
地层类型 土层厚度/m 土层描述 剪切波速/(m·s-1) 取样深度/m 液化临界剪切波速/(m·s-1)(液化判别结果[6]) Ⅶ Ⅷ Ⅸ 上部黄土层 12~16 黄褐色、次密、较均匀，岩心成短柱状 151 6.5 — — 151 第一古土壤层 1.4~2.0 红褐色、硬塑状、中密、具层理 211 10.5 68(否) 94(否) 135(否) 砂质黄土层 5.1~11.7 黄褐色、中湿、土层较均匀 188 15 98(否) 136(否) 196(是) 第二古土壤层 0.9~6.0 红褐色、硬塑、中密、较湿 244 35.5 118(否) 163(否) 236(否) Q2古土壤层 11.4~21.2 褐色、软塑、稍密、具缩孔现象 272 40 122(否) 169(否) 244(否) 
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表 2 不同土层试样的基本物性指标及颗粒组成
Table 2 Basic physical property indexes and particle composition of samples from different strata
地层土样 取样深度/m 干密度/(g·cm-3) 含水率w/% 孔隙比 饱和度Sr/% 颗粒组成/% 黏粒 粉粒 砂粒 上部非饱和黄土层（Q3、Q4） 6.5 1.35 5.51 1.12 13.36 13.15 77.99 8.86 第一古土壤层（Q3） 13.5 1.68 11.14 0.79 38.08 16.97 81.01 2.02 饱和砂质黄土层（Q3） 16.5 1.65 27.69 1.09 75.40 12.20 59.66 28.14 Q2古土壤层（Q2） 35.5 1.72 26.82 1.00 72.82 13.22 66.21 20.57
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表 3 试验加载序列
Table 3 Loading sequences for tests
序号 加载波形 激振方向 烈度 设计输入振幅/gal 实际加载幅值/gal 1 正弦扫频 水平（x） — 50 2 汶川地震记录波 水平（x） Ⅶ度 100 95 3 汶川地震记录波 水平（x） Ⅷ度 200 185 4 汶川地震记录波 水平（x） Ⅷ度 300 290 5 汶川地震记录波 水平（x） Ⅸ度 400 385 6 汶川地震记录波 水平（x） Ⅸ度 600 626 7 汶川地震记录波 水平（x） Ⅸ度 800 825 8 正弦扫频 水平（x） — 50 9 汶川地震记录波 水平（x） Ⅹ度 1200 1154
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