五、滑坡地质灾害

五、滑坡地质灾害

(一)滑坡的特点

在自然地质作用和人类活动等因素的影响下,斜坡上的岩土体在重力作用下沿一定的软弱面整体或局部保持岩土体结构而向下滑动的过程和现象及其形成的地貌形态称为滑坡。滑坡的特征主要表现为以下几种:

(1)发生变形破坏的岩土体以水平位移为主,除滑体边缘存在为数较少的崩离碎块和翻转现象外,滑体上各部分的相对位置在滑动前后变化不大。

(2)滑体始终沿着一个或几个软弱面(带)滑动,岩土体中各种成因的结构面均有可能成为滑动面,如古地形面、岩层层面、不整合面、断层面、贯通的节理裂隙面等。

(3)滑动过程可以在瞬间完成,也可能持续几年甚至更长的时间。规模较大的整体滑动一般为缓慢、长期或间歇的滑动。滑坡的这些特征使其有别于崩塌、错落等其他斜坡变形破坏现象。

(二)滑坡的形成条件

自然界中,无论天然斜坡还是人工边坡都不是固定不变的。在各种自然因素和人为因素的影响下,斜坡一直处于不断地发展和变化之中。滑坡形成的条件主要有地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和人为活动等因素。

1.地貌

斜坡更容易失稳而发生滑坡。斜坡的成因、形态反映了斜坡的形成历史、稳定程度和发展趋势,对斜坡的稳定性也会产生重要的影响。如山地的缓坡地段,由于地表水流动缓慢,易于渗入地下,因而有利于滑坡的形成和发展。山区河流的凹岸易被流水冲刷和掏蚀,当黄土地区高阶地前缘坡脚被地表水侵蚀和地下水浸润,这些地段也容易发生滑坡。

2.地层岩性

地层岩性是滑坡产生的物质基础。虽然不同地质时代、不同岩性的地层中都可能形成滑坡,但滑坡产生的数量和规模与岩性有密切关系。第四系黏性土、黄土与下伏三趾马红土及各种成因的细粒沉积物,第三系、白奎系及侏罗系的砂岩与页岩、泥岩的互层,煤系地层,石炭系的石灰岩与页岩、泥岩互层,泥质岩的变质岩系,质软或易风化的凝灰岩等更容易发生滑动的地层和岩层组合。这些地层岩性软弱,在水和其他外营力作用下因强度降低而易形成滑动带,从而具备了产生滑坡的基本条件。因此,这些地层往往称为易滑地层。

3.地质构造

地质构造与滑坡的形成和发展的关系主要表现在两个方面:

(1)滑坡沿断裂破碎带往往成群成带分布。

(2)各种软弱结构面(如断层面、岩层面、节理面、片理面及不整合面等)控制了滑动面的空间位置及滑坡范围。如常见的顺层滑坡的滑动面绝大部分是由岩层层面或泥化夹层等软弱结构面构成。

4.水文地质条件

各种软弱层、强风化带因组成物质中黏土成分多,容易阻隔、汇聚地下水,如果山坡上方或侧方有丰富的地下水补给,则这些软弱层或风化带就可能成为滑动带而诱发滑坡。地下水在滑坡的形成和发展中所起的作用表现为以下四点:

(1)地下水进入滑坡体增加了滑体的重量,滑带土在地下水的浸润下抗剪强度降低。

(2)地下水位上升产生的静水压力对上覆不透水岩层产生浮托力,降低了有效正应力和摩擦阻力。

(3)地下水与周围岩体长期作用改变岩土的性质和强度。

(4)地下水运动产生的动水压力对滑坡的形成和发展起促进作用。

图5-12 中国大型滑坡的主要诱发和触发因素所占比例分布图

5.人类活动

人工开挖边坡或在斜坡上部加载,改变了斜坡的外形和应力状态,增大了滑体的下滑力,减小了斜坡的支撑力,从而引发滑坡。铁路、公路沿线发生的滑坡大多与人工开挖边坡有关。人为破坏斜坡表面的植被和覆盖层等人类活动均可诱发滑坡或加剧已有滑坡的发展。图5-12为中国大型滑坡的主要诱发和触发因素所占比例分布图,其中人工扰动占到了23%。

(三)典型滑坡灾害实例

1.岷江叠溪地震滑坡

叠溪位于四川茂县的岷江上游左岸,距离成都市249km,距离茂县56km,E103°41′、N32°01′,是一座依山傍水修建的山区古城。叠溪是扼守川西平原通往松潘草原和青海、甘肃等省区重要交通要道。1933年8月25日15时53分,叠溪发生震中烈度Ⅹ度的7.5级强烈地震,波及范围北至西安,东至万县,西抵马尔康,南达昭通。Ⅷ度以上烈度区面积达2000km2,而Ⅵ度以上的烈度区面积更大,达1.4×104 km2。震中区的沙湾、叠溪、较场坝、猴儿寨、龙池等地瞬间天昏地暗,山崩江断,群峰晃荡,叠溪古城刹那间被WN方向的山崩垮落下来的岩石所埋葬。

由于发生在山区,此次地震的突出特征是在广大范围内诱发强烈的河流岸坡及沟谷斜坡的崩塌与滑坡,这些崩滑灾害摧毁了叠溪古城、沙湾、较场坝、猴儿寨、龙池及附近的21个羌寨,造成6865人死亡,1925人受伤。斜坡崩滑形成的滑坡坝在岷江及其支流上形成不同规模的11个堰塞湖,其中以叠溪附近的大、小海子规模最大。较场坝以北岷江两岸的观音崖和银屏崖遥相对峙,地震时两者从山顶坠入岷江,形成长800m、宽170m、高255m的大海子拦河大坝。至今,大海子水深仍有98m,并保持7.3×107 m3的库容。小海子位于大海子下游,并与其首尾相接,由较场滑坡堵江形成(图5-13)。

图5-13 1933年叠溪地震在叠溪—松平沟一带诱发的崩滑灾害分布

地震后第45天,即1933年10月9日19时00分,强烈的余震引发松平沟、白腊寨等7处海子溃决,加之岷江上游松潘地区阴雨连绵,江水暴涨,大海子拦河大坝溃决,积水倾湖而出,长驱直下,大店以上水位高达60m,到达都江堰市时水位仍有12m高,都江堰洪水流量高达10.2×103 m3/s。特大洪水消退后,江边到处是人畜尸体,仅茂汶一县就死亡2500余人,加上汶川、都江堰市等,共造成8千余人死亡。

叠溪地处松潘—甘孜地槽褶皱带、秦岭近地槽褶皱带与龙门山断裂带构成三角地带内,区域构造主要表现为一系列紧密线状弧形倒转褶皱及相伴的冲断层。区内出露基岩为泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系浅变质岩,主要为变质砂岩、大理岩化灰岩、千枚岩和板岩等。叠溪地震诱发的斜坡灾害中,以较场滑坡的规模最大。较场滑坡堆积体位于小海子左岸,前缘顺岷江分布,长1400m。位于高程2110~2425m,顺坡向平均长约1400m,垂直于坡向的平均宽约900m,平面面积约1.5km2,其滑坡体平均厚度约170m,体积约2.1×108 m3。滑坡堆积体前缘宽、后缘窄,由数个不同高程平台和联结斜坡构成,坡面坡度15°~35°,前缘斜坡坡度一般40°~50°,局部达70°。根据物质组成,较场滑坡堆积体可分为前后两部分。后部具有二元结构,上部为第四系湖泊相沉积、底部为具有碎裂结构的三叠系变质砂岩、结晶灰岩和千枚岩。堆积体前部主要表现为由块碎石和亚砂土组成的崩塌堆积;其滑体前缘超覆于岷江漂卵砾石冲积层之上,形成小海子滑坡坝。

2.华蓥山溪口滑坡

1989年7月10日,由特大暴雨触发的四川溪口滑坡是20世纪80年代末期中国最大的崩滑地质灾害事件,该滑坡导致221余人死亡,直接经济损失达600多万元。

1989年7月,溪口所在地区遭受历史上罕见的特大暴雨袭击,月降雨量达222.9mm,7月10日记录到的最大小时降雨强度达到88.6mm。1989年7月9日上午,溪口北侧斜坡地势低洼地带出现了“土爬”。10日中午暴雨强度增大,斜坡上有块石滚下并击中农舍。此后不久,滑源区前部传出“隆隆”之地鸣声,随之地面鼓胀,山体从马鞍坪村村后坡脚倾斜而下,沿北偏西方向直接扑向长约300m的马鞍坪村平台。此后,滑坡体转化为泥石流沿溪口沟奔流而下,高速冲向溪口镇北角。整个滑坡事件从启动到停积历时约60s,摧毁溪口水泥厂、川煤12处、红岩煤矿、溪口粮库和沿途的数个村庄,造成重大伤亡和经济损失。

滑坡后缘最高点和剪出口之间的滑源区高程为848~655m,其中高程848~790m处为次级滑坡的断壁,高程790~695m为主断壁。主断壁平面呈梯形,上、下底宽分别为75m和110m,倾向NW,倾角47°。滑裂面从强风化碳酸盐岩进入第四系崩、坡积层后,呈缓弧形剪出,剪出口高程为655m。整个滑面形似“匙”状,上部裸露滑床长210m;下部滑面长约165m。主、次滑体体积分别约为1.8×105 m3和2.0×104 m3。滑坡纵剖面具有上硬下软的双层结构。上部由寒武系、奥陶系碳酸盐组成,两者以F7断层为界,该套地层总体的强度较高。从滑坡侧壁可看出,上部滑面沿强、弱风化带的界面发育。下部为志留系页岩、泥岩及粉砂岩,其强度总体较低。滑面沿泥页岩上覆崩坡积物中发育。根据岩体结构特征,可将滑源区分为6个区域,由上而下依次为:层状块裂结构、厚层状结构、层状结构、层状碎裂结构、碎裂结构、角砾状结构。需要指出的是:下部的角砾状结构岩体,实际为断层破碎带经重新胶结后形成的角砾岩,其胶结物成分以钙质为主,胶结致密坚硬、完整程度高(图5-14)。

图5-14 溪口滑坡源区地质结构示意图

1—初始地形线;2—滑后地形线;3—滑动面;4—强风化带;5—钙质角砾岩;6—第四系崩坡积物Ⅰ—层块碎裂结构;Ⅱ—厚层状结构;Ⅲ—层状结构;Ⅳ—层状碎裂结构;Ⅴ—碎裂结构;Ⅵ—角砾状结构;Ⅶ—奥陶系层状灰岩;Ⅷ—志留系泥、页岩;∈—寒武系地层;S—志留系地层;P—二叠系地层;Q—第四系地层

滑坡的发生首先与该地区上硬下软的地质结构有关。由于过去地质历史时期热泉出露而胶结强化的F7断层角砾岩起到承担、阻止上部坡体变形的锁固段作用,这一部位存在显著应力集中。

3.四川丹巴滑坡

四川省甘孜藏族自治州丹巴县县城坐落在大金河右岸的狭窄河谷地带,高程1864m,城区规划面积为2.5km2,城区人口约1.1万人,为全县政治、经济、文化中心,也是甘孜州的重要出口通道。2002年8月,丹巴县城后侧高200m、平均坡度32°的高陡斜坡出现变形。2004年10月,变形明显加剧。2005年1—3月,出现4次变形加速期,整体下滑迹象日趋明显。2月3日位移量由原来6mm增大到8mm;2月22日,日均位移速率增至17~33mm;3月8日,主滑面日位移量达到18.53mm;3月14日,斜坡变形再次加速并发生局部崩滑,前缘外推和鼓胀,多处房屋被摧毁,造成1066万元的经济损失。此时,斜坡累计变形量已达70~80cm,最大处接近1m,边界裂缝已基本贯通和圈闭,总体积2.20×106 m3的丹巴滑坡基本形成。如果该滑坡再次发生远距离整体滑移,将直接危害到县政府、县公安局及妇幼保健院等10多个企事业单位以及1071间房屋,涉及人口4620人,资产价值上亿元。如果滑体堵塞大金河河道,后果将更加不堪设想(图5-15)。

图5-15 四川丹巴县滑坡外貌

丹巴处于青藏高原东部,新构造运动以强烈抬升为特点,大金河的强烈下切形成高差大、坡度陡的地形,为滑坡灾害的发育奠定有利的地貌条件。区内多年平均降水量605.7mm,降雨集中,暴雨次数少,但降雨强度大。滑坡区基岩为志留系茂县群第四岩组(S4mx)石榴石二云片岩及少量黑云母变粒岩,盖层由古滑坡堆积层(Qd4el)、崩坡积层(Qc4ol +dl)组成(图5-16)。地下水埋深较大,勘探钻孔中未见稳定水位,滑坡区附近无地下水出露。

图5-16 丹巴滑坡工程地质略图

由于滑坡尚未发生远距离滑移,钻孔勘查未发现明显的滑带擦痕及镜面,也未见地下水异常,仅部分钻孔及基岩面附近见到黏质砂土等细粒相物质增多的现象。根据综合推断,滑坡前缘及中部滑带位于堆积层-基岩界面,后缘滑带则位于堆积层中;_滑_面_倾角约30°,与坡面倾角基本一致,滑体厚度20~35m。滑坡表面不同方向、不同规模的拉裂缝十分发育,总长超过1500m。根据变形特征,整个滑坡可划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区。

Ⅰ区为滑坡主体,前缘宽约200m,后缘宽约150m,纵长290m,地形坡度平均超过30°,平面形态呈不规则状长方形,面积约0.055km2,平均滑体厚30m,体积约1.7×106 m3,主滑方向353°。滑坡体前缘呈高6~28m的阶梯状陡斜坡,总体坡度50°~70°,局部陡立,滑体强烈剪出,造成坡脚建设街房屋地面、墙体开裂,破坏严重。滑坡体后部东低西高,地形总体较平缓,变形强烈,拉裂缝及错落台阶发育,裂缝基本贯通形成两条不规则弧形裂缝。

Ⅱ区位于滑坡后部左侧,主要受主滑体滑移牵引形成,面积约6.0×103 m2,滑体主倾方向20°,地形坡度20°~30°,滑体厚度15~20m,体积1.5×105 m3。变形主要体现在后缘及侧缘拉裂缝、前缘掉块滑塌。较I区整体变形速率大且不稳定。Ⅲ区位于滑坡右侧,前缘宽50m,后缘宽85m,纵长180m,面积0.014km2,地形纵坡30°~45°,滑体平均厚度25m,体积3.5×105 m3。滑体主要由大块石土组成,滑床位于基岩面。Ⅲ区左侧与Ⅰ区相连,变形主要体现在后缘及侧缘拉裂缝,宽5~15cm,错距5~40cm,可见深一般为10~50cm。丹巴滑坡初期整治采用坡脚堆载反压、坡体预应力锚索加固和削方减载的综合方案,其中堆载体积为7.2×103 m3,设置1300k N预应力锚索269根(长40~52m、锚固段长8~10m)、削方1.8×103 m3,加固效果显著。丹巴滑坡属于古滑坡复活,而复活原因则是多方面的。首先,厚度较大的古滑坡堆积叠置在相对稳定的变质岩高陡斜坡上,由于2种介质在物理、水理及力学行为方面的巨大差异,堆积层本身就具有沿基岩面滑移的潜势,而人类活动则加速古滑坡复活的进程。1998年以后,随着丹巴县城的发展,大量的房屋沿斜坡脚或依坡而建,部分挖方削坡,增大斜坡前缘的临空面,引起边坡变形,2003年边坡变形明显加剧。2004年3~10月,建设街大规模改建,大量削坡使原本就已陡峭的斜坡临空面进一步增大,造成坡脚支撑力减弱,导致斜坡向临空方向挤压蠕动变形、滑移,坡体结构破坏松弛,强度不断降低,从而在古滑坡前缘坡脚形成剪切蠕滑。

4.四川茂县滑坡

2017年6月24日6时许,四川省茂县叠溪镇新磨村新村组后山山体发生高位滑坡,瞬间摧毁坡脚的新磨村,掩埋64户农房和1500m道路,堵塞河道1000m,导致10人死亡、73人失踪,引起国内外的广泛关注。该滑坡源区所在位置103°39′46″E,32°4′47″N,垮塌区长约200m,宽约300m,平均厚度约70m,体积约450×104 m3。山体沿岩层层面滑出,滑体迅速解体沿斜坡坡面高速运动,沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物,体积不断增大,运动到坡脚原有扇状老滑坡堆积体后,开始向两侧扩散,直至运动到河谷底部和受到对面山体阻挡才停止运动。最终形成顺滑坡运动方向1600m,顺河长1080m,平均厚度大于10m,体积约为1300×104 m3的滑坡堆积体,几乎将新磨村全部掩埋(图5-17),造成重大人员伤亡。

“6·24”新磨村滑坡灾害发生后,党中央、国务院领导作出重要批示,国务院立即启动了Ⅰ级应急响应,国家和地方各级相关部门也即刻作出应急响应,开展了现场应急救援和抢险救灾工作。对于此次新磨村滑坡发生,其主要原因包括先天的内在控制性因素和外在诱发因素。现分述如下:

图5-17 新磨村滑坡前后影像图

(a)2017年4月8日高分2号影像;(b)2017年6月25日无人机航拍影像

(1)有利于滑坡产生的地形条件。首先,滑坡发育在一高耸、单薄的山脊之上,这种山脊对地震波放大效应显著,很容易在强震作用下被震裂。其次,滑源区下方即为陡壁,为滑坡的高位剪出提供了良好的临空条件。再者,滑坡运动区为一较顺直斜坡,为滑坡的高速远程运动提供了有利的地形条件。

(2)有利于滑坡产生的地质条件。如前所述,滑坡区地处较场弧形构造的弧顶部位,岷江断裂和松坪沟断裂两条活动断裂的交汇部位,构造运动异常活跃,历史上多次发生地震。滑坡区岩性主要为三叠系杂谷脑组变质砂岩夹板岩,岩性软弱,力学强度低,且多存在软弱结构面,属典型的易滑地层。滑坡区地处松坪沟左岸,左岸为典型的中陡倾角顺向斜坡,属典型的易发生滑坡的坡体结构。活跃的构造部位、易滑的地层岩性和坡体结构,这些地质条件均有利于滑坡发生。

(3)多次地震的震裂损伤。滑坡位于地震高发区,该区历史上经历过多次地震,最近的包括1933年叠溪地震、1976年平武地震以及2008年汶川地震,多次地震使山体震裂松动,岩体破碎,裂缝发育,存在“内伤”。如前所述,1933年叠溪地震是滑源区山体震裂松动,在此次滑坡源区东西侧边界部位易形成明显的拉张裂缝,为滑坡的发生提供了结构基础。在后续两次地震中裂缝可能会进一步发展。后缘裂缝的存在为雨水的入渗,物理化学风化提供了重要的通道,致使其力学强度不断降低。

(4)降雨诱发滑坡的发生。滑坡区不利的地质条件、包括叠溪地震在内的多次地震作用,使滑源区具备了基本的变形破坏条件和基础。长期的重力作用使滑源区岩体进一步产生时效变形,裂缝不断扩展贯通,滑坡变形逐渐形成,最终使滑源区岩体逐渐进入临界失稳状态。2017年5月1日至滑坡发生前附近叠溪镇和松坪沟两处降水观测站资料表明,前两个月的时段内累计降雨量达200多mm,显著大于该地区同期降雨量。尽管滑坡发生前一周的降雨量较小,但6月8—15日经历了一次持续降雨过程,累积降雨量约80mm,最大日降雨量达到25mm。持续的降雨最终导致本已处于临界状态的滑块整体失稳破坏。