浙東南山區(qū)高速滑坡形成原因和致災(zāi)方式研究

王一鳴，陳明東

（1.浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，溫州 325006；2.中國地質(zhì)大學(xué)，武漢 430074）

浙東南山區(qū)高速滑坡形成原因和致災(zāi)方式研究

王一鳴1，2，陳明東1

（1.浙江省第十一地質(zhì)大隊(duì)，溫州 325006；2.中國地質(zhì)大學(xué)，武漢 430074）

為加強(qiáng)浙東南山區(qū)滑坡災(zāi)害防治工作，在分析該區(qū)山外高速滑坡和南充高速滑坡的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動特征的基礎(chǔ)上，總結(jié)該區(qū)高速滑坡的形成原因、致災(zāi)原因和致災(zāi)方式。高陡原始地形伴隨人工切坡，巖體超深風(fēng)化，臺風(fēng)引起超強(qiáng)降雨，以及峰殘強(qiáng)度降差形成滑坡；高速和遠(yuǎn)程是致災(zāi)的主要原因；致災(zāi)方式包括堆積掩埋、拋灑沖擊和氣浪推掀。

高速滑坡；原因；致災(zāi)方式；浙東南山區(qū)

1 前言

對于“高速滑坡”，目前學(xué)術(shù)界尚未給出一個精確的定義。一般地，前部滑體運(yùn)動速度達(dá)到10m/s以上的滑坡，均可認(rèn)為屬于高速滑坡。由于這一類滑坡具有“突發(fā)”和“高速遠(yuǎn)程運(yùn)動”的特點(diǎn)，往往令人猝不及防，造成很大的災(zāi)害。高速滑坡在我國西南、西北地區(qū)比較常見，如塘光巖型和灑勒山型高速滑坡［1］，而中國東南部山區(qū)也時有發(fā)生。浙東南山區(qū)以侵蝕剝蝕丘陵和構(gòu)造低山為主，地質(zhì)環(huán)境條件較為脆弱，經(jīng)常在強(qiáng)降雨（尤其是臺風(fēng)暴雨）誘發(fā)下發(fā)生滑坡災(zāi)害。通過總結(jié)近20a來浙東南山區(qū)災(zāi)難性滑坡的運(yùn)動特征，筆者發(fā)現(xiàn)，造成重大災(zāi)難的滑坡有相當(dāng)一部分屬于高速滑坡，既具有高速滑坡的一般特征，其致災(zāi)的原因和方式又具有浙東南山丘區(qū)高速滑坡的自身特點(diǎn)。

2 典型高速滑坡介紹

2.1 平陽縣鰲江鎮(zhèn)山外滑坡

1990年10月1日，鰲江鎮(zhèn)山外村荊溪山南麓的東南坡發(fā)生一處中型高速滑坡，造成6人死亡，輕重傷110余人，1 073間房屋和約31.33hm2農(nóng)田被毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 100萬元［2］（圖1）。

圖1 山外滑坡全景（1990年10月）Fig.1 Panorama of the Shanwai landslide（Oct.1990）

該滑坡發(fā)育于燕山晚期侵入巖體——鉀長花崗巖中，滑體物質(zhì)為具有球狀風(fēng)化特征的全風(fēng)化花崗巖，巖性為粗顆粒狀砂土，遇水容易崩解成松砂。滑坡體前、后緣海拔高程分別為5m和105m，相對高差100m，主滑方向?yàn)?42°，最大滑距為250m。滑坡體長388m，寬88～150m，平面面積約4.96×104m2，厚度6～16m，總體積約45×104m3（圖2、圖3）。

圖2 山外滑坡平面圖Fig.2 Plan of the Shanwai landslide

山外滑坡屬推移式滑坡，其發(fā)生源于當(dāng)?shù)卮迕裨诨w前緣長期的采石、采砂活動，使得斜坡中下部形成較高陡的臨空面，為滑坡的發(fā)生提供了勢能釋放條件。該滑坡發(fā)生前沒有明顯的變形跡象或蠕變，但其發(fā)生發(fā)展的過程相當(dāng)短暫，由起始階段的受強(qiáng)降雨誘發(fā)突然啟動，到脫離滑床后的擴(kuò)展蓋鋪，墜落到地面后對平原區(qū)軟土的平推鏟刮，直至最后受被鏟刮的土體阻擋，速度逐漸減慢，最終停積下來?；轮黧w運(yùn)動時間僅19.8s，最大速度Vmax達(dá)25.3 m/s（滑坡運(yùn)動特征參數(shù)法.B.Dong，etc，1992）。

2.2 樂清市嶺底鄉(xiāng)南充滑坡

2005年8月7日，受第9號臺風(fēng)“麥莎”的影響，樂清市嶺底鄉(xiāng)南充村西南側(cè)山體發(fā)生一處小型高速滑坡，造成了2人死亡、6間房屋被埋、12間房損壞的嚴(yán)重災(zāi)害［3］（圖4）。

該滑坡也為推移式高速滑坡，發(fā)生于早白堊世潛火山巖中，滑體物質(zhì)以全風(fēng)化安山玢巖為主，巖性為粉質(zhì)粘土?；w平面長55m，寬25～33m，平面面積約1 460m2，厚度為4～6m，總體積約8 500 m3。前、后緣高程分別為285m和322m，相對高差37m，主滑方向?yàn)?5°，最大滑距達(dá)80m（圖5、圖6）。

圖3 山外滑坡縱剖面圖Fig.3 Section of the Shanwai landslide

圖4 南充滑坡全景（2005年8月）Fig.4 Panorama of the Nanchong landslide（Aug.2005）

圖5 南充滑坡平面圖Fig.5 Plane map of the Nanchong landslide

圖6 南充滑坡縱剖面圖Fig.6 Section of the Nanchong landslide

南充滑坡源于2003年人工切坡，后經(jīng)數(shù)次臺風(fēng)影響，逐漸加劇形成（發(fā)展歷程見表1）。當(dāng)滑坡發(fā)生時，其爆發(fā)極其迅猛，從人工邊坡約2m處強(qiáng)、中風(fēng)化巖體分界面剪出后，滑體在與坡前地面之間空氣的氣墊作用下向前迅速移動，大部分滑體直接“漂”過坡前公路，向公路對面的民房拋灑，大部分堆積于剪出口外緣35m到65m的范圍內(nèi)，最遠(yuǎn)堆積距離達(dá)80m。經(jīng)滑坡運(yùn)動特征參數(shù)法測算得，滑坡的最大速度Vmax＝18.6m/s。

表1 南充滑坡發(fā)展歷程Table 1 Development history of the Nanchong landslide

3 高速滑坡形成原因分析

3.1 高陡的原始地形伴隨人工切坡

高速滑坡發(fā)生前，原始斜坡一般較為高陡，坡度多在30°～40°，而且前緣坡腳往往存在由人工開挖形成的臨空面，改變了坡體的原始應(yīng)力場，使得坡體向不穩(wěn)定的方向發(fā)展。

對于山外滑坡，該滑坡滑前斜坡呈內(nèi)凹負(fù)地形，總體坡度為35°～40°，斜坡中下部存在因人工采砂形成較高陡的臨空面（由1986年測制的地形資料可以看出，該區(qū)斜坡共有4個砂石開采點(diǎn)，累計(jì)開采面達(dá)4 025m2）；對于南充滑坡，該滑坡發(fā)生前原始地形為凸形坡，平均坡度約33°，前緣存在約5m的人工切坡臨空面。如此高陡的原始地形條件為滑坡體沿最不利組合的滑面失穩(wěn)提供了有利的高勢能釋放條件，而人工切坡為斜坡失穩(wěn)提供了臨空條件。

3.2 巖體的超深風(fēng)化

發(fā)生高速滑坡的斜坡一般具有較厚的風(fēng)化層，這主要有兩類成因：一類是受構(gòu)造作用控制，斷裂面（帶）附近的巖土體局部所受的風(fēng)化作用特別強(qiáng)烈，出現(xiàn)局部的強(qiáng)風(fēng)化帶；另一類是區(qū)內(nèi)的侵入巖巖體，由于侵入巖抗風(fēng)化能力較弱，往往形成巨厚的風(fēng)化層。這一方面增加了潛在滑坡的規(guī)模，另一方面降低了坡體的強(qiáng)度。

對于山外滑坡，滑體物質(zhì)主要來源于燕山晚期鉀長花崗巖體，受斷裂構(gòu)造的影響和差異風(fēng)化，形成了巨厚的花崗巖全風(fēng)化土體，巖性主要為粗顆粒狀砂土；對于南充滑坡，滑坡所在斜坡受地質(zhì)構(gòu)造作用影響，滑坡兩側(cè)存在中風(fēng)化霏細(xì)斑巖，之間為潛火山巖——安山玢巖的強(qiáng)風(fēng)化槽，除表部2m左右的殘坡積土體外，其下分布著5～8m的全－強(qiáng)風(fēng)化安山玢巖，其中全風(fēng)化安山玢巖已強(qiáng)烈風(fēng)化成土狀（巖性為粉質(zhì)粘土）。這兩類強(qiáng)烈風(fēng)化巖體遇水極易軟化，且力學(xué)性質(zhì)驟降。

巖體的超深風(fēng)化形成了巨厚（較厚）的土層，其力學(xué)性質(zhì)差，為高速滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.3 臺風(fēng)引起的超強(qiáng)降雨

影響浙東南山區(qū)的臺風(fēng)往往帶來超強(qiáng)降雨，使得坡體迅速充水，這一方面在坡體內(nèi)形成高靜、動水壓力，另一方面對斜坡巖土體起到了軟化作用，因而能迅速導(dǎo)致了坡體的失穩(wěn)。

對于山外滑坡，根據(jù)1990年平陽縣的降雨資料，當(dāng)年6～9月臺風(fēng)甚多，累計(jì)降雨量達(dá)到1 393.2 mm，其中滑坡發(fā)生前的9月份降雨量高達(dá)549.8 mm（表2），為本月多年平均降雨量230.7mm的2.38倍。

表2 平陽縣1990年汛期月降雨量Table 2 1990's monthly rainfall for the flood season in Pingyang County

對于南充滑坡，滑坡所在的嶺底鄉(xiāng)是樂清市內(nèi)的暴雨中心之一，嶺底一帶歷年平均降雨量在1 900～2 000mm，南充滑坡就是在歷次臺風(fēng)的激發(fā)下逐漸發(fā)展形成的。

3.4 土體強(qiáng)度的峰殘強(qiáng)降

高速滑坡所能達(dá)到的最大速度，除較大的下滑力外，主要取決于加速階段滑床的阻滑力。相對于下滑力而言其阻滑力越大，啟程速度越慢，加速度越小，也越不容易形成高速。

浙東南山區(qū)以中生界白堊紀(jì)、侏羅紀(jì)以來的火山碎屑巖層組為主，由于形成時代較新，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，除受構(gòu)造影響個別區(qū)段、層組風(fēng)化強(qiáng)烈外，一般風(fēng)化層均較薄，形成的滑坡災(zāi)害以坡表的第四紀(jì)松散層沿土巖接觸面的崩滑為主。

與之相比，燕山晚期侵入的鉀長花崗巖、早白堊世潛火山巖——安山玢巖等巖體由于巖性和構(gòu)造的原因，在山區(qū)往往形成巨厚的全－強(qiáng)風(fēng)化層，局部差異風(fēng)化顯著。此類風(fēng)化層強(qiáng)烈風(fēng)化后已基本喪失原巖結(jié)構(gòu)，成為砂土或粉質(zhì)粘土，其力學(xué)性質(zhì)類似于巖質(zhì)滑坡中的軟弱結(jié)構(gòu)面，水理性質(zhì)差，遇水極易發(fā)生崩解，其“峰殘強(qiáng)降率”可達(dá)50%～60%以上［4］。即從靜止到運(yùn)動這一過程阻滑力迅速減小50%以上，進(jìn)而形成劇動式高速滑坡。

4 對浙東南山區(qū)高速滑坡致災(zāi)原因與方式的探討

4.1 “高速”運(yùn)動特征是高速滑坡致災(zāi)的最主要原因

高速滑坡由于 “氣墊”效應(yīng)［5］等機(jī)制作用，前部滑體的滑速可達(dá)10m/s以上，遠(yuǎn)快于一般成年人的奔跑速度。

據(jù)目擊者稱，南充滑坡發(fā)生時，一村民正在受損民房邊，眼見滑體向房屋方向撲來，忙向遠(yuǎn)處逃跑，但僅跑出10余米就被滑體掩埋。而山外滑坡發(fā)生時，據(jù)幸存的當(dāng)?shù)鼐用窕貞洠?dāng)晚只聽見如雷鳴般的“轟隆”一聲巨響，僅10余秒后房屋就被滑坡體所掩埋。可見高速滑坡爆發(fā)突然，運(yùn)動過程短暫，人類在無防備的情況下很難有逃離的可能性。到目前為止，我國除著名的新灘滑坡（滑速為10～30m/s）由于預(yù)報準(zhǔn)確，撤離及時，才使457戶1 371人免遭遇難外，其他無預(yù)警的高速滑坡無不造成重大損失。

另一方面，“高速”運(yùn)動特征使得高速滑坡的破壞力遠(yuǎn)大于類似方量的普通滑坡。以山外滑坡為例，其最大動能達(dá)2.88×109kJ，是類似方量普通滑坡的160倍（假設(shè)相同體積的滑坡，滑速為2m/s，其動能僅為1.8×107kJ）。

4.2 “遠(yuǎn)程”運(yùn)動特征擴(kuò)大了滑坡的致災(zāi)范圍

高速滑坡的滑程總是異乎尋常地遠(yuǎn)，這是滑坡高速運(yùn)動的結(jié)果，同時擴(kuò)大了滑坡的致災(zāi)范圍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，高速滑坡的水平滑距一般是落差的1.5倍以上，最大可達(dá)3.5倍以上。以山外滑坡和南充滑坡為例，前者滑距與落差的比值達(dá)2.5∶1，后者達(dá)2.2∶1。

“遠(yuǎn)程”運(yùn)動特征不僅在絕對值上擴(kuò)大了滑坡的致災(zāi)距離和范圍，并且突破了人們對滑坡運(yùn)動和威脅距離的一般認(rèn)識，造成主觀上疏于防范，因此在無形中又增大了滑坡所造成的損失。

4.3 高速滑坡的致災(zāi)方式

普通滑坡的致災(zāi)方式多以推擠和沖擊為主，而高速滑坡的致災(zāi)方式相對更加多樣，主要有以下3類：

（1）堆積掩埋。對普通滑坡而言，除非受災(zāi)對象位于滑坡體前緣下方，否則很難將受災(zāi)對象（尤其是建、構(gòu)筑物）完全掩埋。高速滑坡由于剪出口位置一般較高，滑體脫離滑面后能凌空飛行一段距離，因此在其前緣1～2倍高差的平面距離范圍內(nèi)的受災(zāi)對象主要以掩埋為主。

例如南充滑坡的剪出口位置前緣公路邊坡上約2m處，滑坡發(fā)生后，在其前緣55m（1.5倍高差）范圍內(nèi)的兩幢民房被滑體所掩埋。山外滑坡前緣135～155m（1.3～1.6倍高差）范圍內(nèi)的800余間民房（占總受災(zāi)民房的75%以上）均被滑體所掩埋。掩埋是高速滑坡致災(zāi)的最主要方式。

（2）拋灑沖擊。拋灑沖擊作用一般發(fā)生于高速滑坡堆積區(qū)外邊界以內(nèi)的范圍。盡管到達(dá)這個區(qū)域的滑體已消耗了大部分能量（還沒有完全耗盡），但滑體上部的松散巖土體所受到的摩擦阻力較小，因而當(dāng)大部分滑體停積下來后，滑體上部物質(zhì)仍繼續(xù)在慣性力作用下向前拋灑，并具有較大的沖擊力。

假設(shè)有10m3的滑體以5m/s的速度沖擊前緣民房墻體，作用時間2s，則利用動量定理計(jì)算其沖擊力為：F＝mv/t＝45kN。而據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》7.7.1條計(jì)算的30cm厚度的C25素混凝土結(jié)構(gòu)墻體，其對2m邊長矩形的抗沖切能力不大于3.9kN。也就是說，水平速度為5m/s的10m3滑體，其沖擊力是一般房屋墻體抗沖切能力的10倍以上。

由此可見，具有一定水平運(yùn)動速度的滑體，即使方量不大，也具有足以破壞房屋結(jié)構(gòu)的沖擊力。在山外滑坡發(fā)生后，其堆積區(qū)外圍約100余間房屋的墻體因受到滑坡的不同程度沖擊而破壞。

（3）氣浪推掀。氣浪推掀主要發(fā)生于滑坡堆積體以外一定范圍。試驗(yàn)證明，高速滑坡由于底部受到空氣升力的作用（即產(chǎn)生“機(jī)翼效應(yīng)”），將滑體的位能更多地轉(zhuǎn)化為動能，使滑體獲得更高的滑速［6］。當(dāng)滑體位能逐漸消耗而堆積于地面的過程中，位于滑體與地面之間的空氣被迅速排擠出，形成氣浪推掀前緣建、構(gòu)筑物。這類作用在中、大型滑坡事故中較為明顯，小型滑坡由于體積所限，所裹挾的空氣體積較小，此類作用不明顯。例如山外滑坡，調(diào)查發(fā)現(xiàn)其堆積區(qū)前緣0～15m范圍內(nèi)有幾十間民房的窗戶和屋頂瓦片被氣浪所推掀，個別磚木結(jié)構(gòu)民房墻體受損。說明氣浪推掀作用具有較強(qiáng)的破壞了，也擴(kuò)大了滑坡的致災(zāi)范圍。

5 結(jié)論

（1）高速滑坡具有“突發(fā)性”和“高速遠(yuǎn)程運(yùn)動”的特點(diǎn)，其形成原因包括：高陡的原始地形伴隨人工切坡，巖體的超深風(fēng)化、臺風(fēng)引起的超強(qiáng)降雨以及土體強(qiáng)度的峰殘強(qiáng)降。

（2）“高速”運(yùn)動特征是滑坡致災(zāi)的最主要原因，“遠(yuǎn)程”運(yùn)動特征擴(kuò)大了滑坡的致災(zāi)范圍。高速滑坡致災(zāi)的3種方式：堆積掩埋、拋灑沖擊和氣浪推掀。其中前者是主要的致災(zāi)方式，后兩者擴(kuò)大了滑坡的致災(zāi)范圍。

（3）浙東南山區(qū)高速滑坡的防治措施建議：①堅(jiān)持“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則；②工程建設(shè)應(yīng)盡量減少對山體的擾動（包括人工切坡和堆載），保持斜坡的原始應(yīng)力平衡；③對出現(xiàn)了變形破壞跡象的不穩(wěn)定斜坡應(yīng)及時采取必要的支護(hù)和監(jiān)測措施。

［1］徐峻嶺.中國的高速滑坡及其基本類型［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1994，（10）：24－25.

［2］陳明東.平陽縣鰲江鎮(zhèn)荊溪山南麓地質(zhì)災(zāi)害勘查評價報告［R］.2004.7.

［3］王一鳴.樂清市嶺底鄉(xiāng)南充村西南側(cè)后山地質(zhì)災(zāi)害勘查報告［R］.2006.3.

［4］程謙恭，胡厚田.劇沖式高速滑坡全程動力學(xué)機(jī)理分析［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1999，（4）：19－20.

［5］王恭先，徐峻嶺，劉光代，等.滑坡學(xué)與滑坡防治技術(shù)［M］.中國鐵道出版社，2007：83－84.

［6］刑愛國，高廣運(yùn).大型高速滑坡近程空氣動力學(xué)效應(yīng)研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2003，（5）：778－779.

CAUSES OF THE HIGH SPEED LANDSLIDES AND THEIR AFFECTING WAYS IN SOUTHEASTERN ZHEJIANG

Wang Yi－ming1，2，Chen Ming－dong1
（1.Zhejiang provincial 11th Geology Brigade，Wenzhou 325006，China；2.China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

In order to strengthen the landslide prevention and control in the southeastern mountain area of Zhejiang，the article discusses the material structure and motion characteristics of Shanwai and Nanchong high speed landslides.Then it summarizes the formation causes，hazarding causes and affecting ways of the high－speed landslide in the area.Steep original terrain with artificial cut slopes，super typhoon caused rainfall and peak residual of poor strength constitute the formation causes；high speed and distance are the main hazarding causes；and the affecting ways include piling－burying，toss－impacting and airsurge－lifting.

high－speed landslide；cause；affecting way；Southeastern Zhejiang

P642.22

A

1006－4362（2011）04－0029－06

2011－04－18 改回日期：2011－10－12

王一鳴（1981－ ），男，工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治方面的工作和研究。