高地震强度的山区有大量用于公路和铁路工程的高填边坡[[1], [2], [3]]。在这些地区，准确识别边坡的地震响应对工程实践而言极为重要。震后现场调查表明，高边坡不同区域的滑动变形、拉裂以及岩土结构损伤程度存在显著差异[4,5]，这说明同一边坡结构内的地震响应也存在明显的空间差异。因此，对边坡地震响应进行合理评估和分区具有重要的实际意义。
要全面了解边坡的地震响应，就需要识别边坡不同区域响应的差异。现有的方法大致可分为三类：现场调查[6,7]、数值模拟方法[[8], [9], [10], [11]]以及物理模型试验[[12], [13], [14]]。虽然现场调查能够最直接地观测震后边坡表面的浅层破坏和整体位移，但它难以揭示高边坡内部的地震响应机制。经过现场数据校准的数值模拟可以捕捉到一些重要的实际趋势[15]，但其准确性和可靠性在很大程度上取决于所选的本构模型和参数，以及网格质量和边界条件[16]。鉴于现场法和数值法的这些固有局限性，振动台试验作为一种能够在物理层面再现和分析边坡地震响应的重要方法应运而生。
振动台试验有助于测量多种动态响应，如加速度和位移。加速度记录是这类试验中最常见且最基本的输出结果。已有大量研究表明，岩土结构中存在显著的加速度放大效应[17]。加速度会随着高度增加以及距离坡面的距离缩短而增大[18,19]，在低地震强度且没有明显宏观损伤的情况下，坡面和坡顶处的放大效应尤为显著[2,20]。相反，当塑性土损伤加剧以及持续地震作用下能量耗散增加时，加速度放大系数通常会下降[21]。此外，沿坡高的加速度放大在横向比在纵向更为明显[22]。这些复杂且有时相互矛盾的趋势表明，仅凭加速度记录不足以全面描述边坡在地震作用下的行为。
人们通常采用频率响应函数[23]、频域分析[24]和时域分析[25]等方法，利用记录的加速度信号来量化岩土结构的基本频率和动力特性。然而，这些计算得到的参数只是相对指标，无法直接判断边坡是否发生破坏。更直接的指标是表面变形，通常通过LVDT、金属丝位移传感器或高速摄像机来测量。位移时间历史中的突然变化常被视为地震不稳定或破坏的迹象[26]，但在大变形情况下，点旋转或滑动可能会影响测量精度[27]。虽然高速摄像机能够拍摄到坡面和坡壁的全场变形情况[28]，但由于测量范围有限以及后期处理较为复杂，这类设备多用于震后静态位移的测量。实际上，最快速的评估方式仍然是震后观察，而观察结果常常显示表面开裂和浅层破坏是常见的损伤形式[29]。这些现象主要是由于土壤性质的地震非线性退化所致[30]，从而导致边坡脚部或坡面出现较大位移和破坏[31]。此外，在强地震作用下，加固过的边坡也出现过整体滑动破坏的现象[32]。尽管在识别地震响应的宏观证据方面已取得一定进展，但目前的研究对于由地震引起的土壤性质变化所导致的边坡响应空间差异仍了解不足。
众所周知，土壤性质在动力荷载作用下会以两种截然不同的方式发生变化。在密实土或颗粒土中，地震激励往往会引发颗粒重排和密实化，从而提高土壤的刚度和抗剪强度[33,34]。而对于松散的砂土、粉土和结构性黏土来说，循环剪切通常会破坏土壤结构，导致孔隙比增大，同时降低土壤的密度和抗剪强度[35,36]。土壤微观结构的这种根本性变化必然会改变其弹性波速度[37]。
自1963年通过压缩波和剪切波速度测定土壤弹性模量以来[38]，由于该技术对土壤状态和性质具有较高的敏感度，已成为一种重要的实验室检测手段[39,40]。在此基础上，诸如结合注水试验的三轴试验等研究进一步验证了该技术在监测变形和含水量变化方面的能力，从而确认了其在检测土壤性质变化方面的应用价值[41]。该技术也被应用于边坡模型研究。例如Mainsant等人的研究[42]将速度降低与黏性边坡的变形联系起来，而Chen等人的研究[43]则研究了降雨引发的边坡滑动过程中的速度变化，以此实现早期预警。不过，将这项技术专门用于分析边坡地震响应的应用仍然较为有限。
现有的方法往往只能给出地震响应的相对评价，难以区分所观察到的动态变化是由扰动效应还是增强效应引起的。因此，地震作用下土壤力学性质的变异情况尚未得到充分研究，这也阻碍了对不同边坡区域响应差异的机理解释。为弥补这一不足，本研究首次在大型振动台试验中开展地震作用后的弹性波速度测试，旨在量化震动引起的波速相对变化。此外，还研究了这些相对速度变化与边坡位移及破坏模式之间的关系。基于这些研究结果，本研究提出了一种新的分区框架，根据震动前后波速的相对差异，按照土壤扰动程度和增强程度对边坡的地震响应程度进行分类。该方法为工程实践中的边坡地震响应分析提供了新的思路。
