南平市紅星滑坡泥石流特征及成因

黃國(guó)平，柳侃，葉龍珍

（1.福建省地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002；2.江西省贛南地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，贛州 341000）

1 概述

滑坡－泥石流災(zāi)害是我國(guó)主要的一種地質(zhì)災(zāi)害，每年因滑坡－泥石流災(zāi)害造成的死亡人數(shù)數(shù)以百計(jì)?；拢嗍骶拖褚粚?duì)孿生姐妹，如影隨形，形成嚴(yán)重的災(zāi)害鏈。2008年汶川大地震誘發(fā)的滑坡－泥石流及2010年舟曲“8.8”泥石流災(zāi)害，舉世震驚。相關(guān)學(xué)者對(duì)滑坡－泥石流研究從未間斷，從不同層面、全方位進(jìn)行了深入研究［1－6]，為滑坡－泥石流災(zāi)害防治積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

2010年6月13～26日，南平市延平區(qū)經(jīng)歷了一次強(qiáng)降雨過(guò)程，過(guò)程降雨量達(dá)684.8 mm，引發(fā)了多達(dá)14 610處山體滑坡、崩塌、泥石流。紅星村立墩自然村滑坡－泥石流災(zāi)害形成于6月18日，強(qiáng)降雨中，引發(fā)了村莊周邊多處滑坡，摧毀了多棟民房并造成1人死亡，村民為避災(zāi)躲進(jìn)了村后禮堂，下午4點(diǎn)半左右，山洪攜帶溝谷兩側(cè)滑體形成泥石流，摧毀溝口禮堂，造成26人遇難，1人失蹤，其中有2位即將臨產(chǎn)的孕婦［7]。

2 地質(zhì)環(huán)境條件概述

紅星村立墩自然村位于南平市區(qū)北東方向直線距離約7 k m處，處于丘陵與低山的過(guò)渡地帶，山頂標(biāo)高一般400～500 m，相對(duì)高差50～150 m，自然坡度20°～35°。民房集中坐落于北東向溝谷中，沿山腳布置，地面標(biāo)高330～345 m，坡腳建房切坡較普遍，溝中部為進(jìn)村道路、溪流及菜地，村禮堂位于村莊的盡頭（圖1）。

小溪為常年性溪流，流量隨季節(jié)變化大，為暴漲暴落型溪流，旱季基本能保證自然村200多人的生產(chǎn)生活用水。

自然村及其周邊地層不發(fā)育，除表層覆蓋殘坡積層外，大面積出露燕山早期淺灰色中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，砂土狀全－強(qiáng)風(fēng)化厚度，一般5～10 m，局部大于20 m。

3 滑坡－泥石流基本特征

滑坡由A、B、C、D四個(gè)獨(dú)立滑坡組成，均為突發(fā)性土質(zhì)滑坡，事先沒(méi)有出現(xiàn)任何變形預(yù)兆，其中滑坡B、C、D為溝谷泥石流的形成提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源（圖1）。

3.1 滑坡特征

圖1 滑坡－泥石流分布圖Fig.1 Landslide－debris flow distribution

滑坡A：位于自然村北側(cè)，微地貌為簸箕形，主滑坡平面呈半圓形，主軸長(zhǎng)40～50 m，平均寬約75 m，面積約3 375 m2，厚度2～3 m，體積約8 438 m3?；w主要由殘坡積砂質(zhì)粘性土組成，大部分滑體堆積坡腳，僅少量滑體殘留在裸露的滑面上，滑體上直徑50 cm的高聳大樹從滑坡后緣滑至坡腳?；虑昂缶壐卟罴s35 m。滑坡后緣壁陡傾，滑面中下部呈直線型，產(chǎn)狀180°∠35°～40°?；瑤翞楹罢承酝?，滑床為強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖（圖2）?；w摧毀坡腳民房6棟（30多間），并造成一人死亡。

圖2 滑坡A全貌（方向：345°）Fig.2 Panorama of Landslide A （direction：345°）

滑坡B：位于溝谷上游，微地貌處于斜坡微凹部位，坡面林木茂盛。滑坡平面形態(tài)呈長(zhǎng)條形，前后緣高差約35 m?；w主軸長(zhǎng)80 m，寬約60 m，面積4 800 m2，滑體厚度2.0～3.0 m，體積約12 000 m3?；w迅速下滑后堆積于坡腳農(nóng)田中，成分為殘坡積粘性土。滑面平直，產(chǎn)狀200°∠40°～50°，局部見明顯擦痕?；瑤翞榉圪|(zhì)粘土，厚度2～3 cm?；矠閺?qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖?，F(xiàn)場(chǎng)仍有大部分滑體堆積于溝谷（圖3、圖4）。

滑坡C：位于溝谷中游，滑坡后緣為小山路，坡腳為沖溝，相對(duì)高差10～15 m?；w主軸長(zhǎng)約20 m，寬80 m，厚2～3 m，面積約1 600 m2，體積約4 000 m3，主滑為180°?；w為殘坡積砂質(zhì)粘性土；滑面較平直，產(chǎn)狀180°∠65°～75°；滑床為強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長(zhǎng)巖（圖5）?；w堆積于沖溝中，造成臨時(shí)堵塞，不僅為泥石流提供了物質(zhì)來(lái)源，也為泥石流蓄積了勢(shì)能。

圖3 滑坡B及后緣強(qiáng)風(fēng)化巖滑動(dòng)界面Fig.3 Sliding interface of strong weathering at the trailing edge of Landslide B

圖4 滑坡B前緣溝谷中滑坡堆積體Fig.4 Landslide deposits at the front edge valley of Landslide B

圖5 滑坡C全貌Fig.5 Panorama of Landslide C

滑坡D：位于村禮堂的左側(cè)，根據(jù)滑動(dòng)前后差異，分成左、右兩個(gè)滑塊（圖6、圖7）。右滑塊距禮堂約60 m，發(fā)生于泥石流之前，平面形態(tài)呈長(zhǎng)條形，滑面形態(tài)為直線形，前后緣相對(duì)高差約35 m，主軸長(zhǎng)70 m，寬約40 m，厚度約2 m，面積約2 800 m2，體積約5 600 m3，主滑355°?；w為殘坡積砂質(zhì)粘性土，滑面為殘坡積土層與強(qiáng)風(fēng)化巖分界面。左滑塊位于村禮堂左側(cè)，平面形態(tài)呈半圓形，滑面形態(tài)為直線形，前后緣相對(duì)高差約25 m，主軸長(zhǎng)40 m，寬約90 m，厚度約2～3 m，面積約4 800 m2，體積約9 600 m3，主滑360°?；w為殘坡積砂質(zhì)粘性土，滑面為殘坡積土層與強(qiáng)風(fēng)化巖分界面。該滑塊發(fā)生于禮堂被泥石流沖毀之后，滑體前緣越過(guò)被泥石流沖毀的村禮堂、溝谷及公路，抵達(dá)對(duì)岸，摧毀對(duì)岸坡腳兩棟民房，為高速跳躍式滑坡。

圖6 滑坡D側(cè)貌Fig.6 Side land form of Landslide D

圖7 滑坡D正貌Fig.7 Front land form of Llandslide D

3.2 泥石流特征

（1）泥石流特征

泥石流是造成“6.18”重大人員傷亡的主要災(zāi)害，按該泥石流活動(dòng)特征，劃分成兩部分，即形成－流通區(qū)和堆積區(qū)（圖1）。

形成區(qū)和流通區(qū)沒(méi)有明顯界限，形成區(qū)即是流通區(qū)，長(zhǎng)約550 m。從物質(zhì)補(bǔ)給來(lái)源看，從上游到下游均有物質(zhì)提供，但主要物質(zhì)供給來(lái)源于滑坡C、B、D，其發(fā)生時(shí)間前后相差不大?；翨發(fā)生于溝谷的上游，滑體主要堆積于溝床，大部分滑體仍然殘留原地（圖4），僅有約5 000 m3被山洪攜帶成為泥石流的固體物質(zhì)?；翪和D右塊段合計(jì)約9 600 m3全部成為泥石流固體物質(zhì)，加上泥石流沿途削刮加入的泥沙，固體物質(zhì)總量約有15 000 m3。

施工技術(shù)人員在選擇材料時(shí)，因組成材料及混凝土質(zhì)量關(guān)系緊密，需注意其顆粒的大小，瀝青混合顆粒和粗集料的直徑最為接近，如此配比材料可保證公路路面的穩(wěn)定及防滑性。施工技術(shù)人員在選擇細(xì)集料時(shí)，需留意材料自身的含泥及含沙量。不建議應(yīng)用存放較久的，應(yīng)選擇新鮮的集料，因此其穩(wěn)定性及抗壓性，會(huì)隨著存放時(shí)間的增加而越來(lái)越差。

堆積區(qū)位于溝溪兩岸，上至溝口的村禮堂，下至村口，長(zhǎng)度達(dá)200 m左右。泥石流沖出溝口后，沖毀橫亙?cè)跍峡诘拇宥Y堂及其附近房子，堆積于溪邊及其兩側(cè)的菜地、魚塘及道路上，大部分流體隨著溪流被沖走（圖8、圖9）。由于后期搶險(xiǎn)救災(zāi)動(dòng)用了大型機(jī)械挖掘，堆積體已完全破壞，現(xiàn)場(chǎng)看到禮堂廢墟上的堆積物，主要為后期滑坡D左滑塊滑體與泥石流的混合體，長(zhǎng)約100 m，寬60 m，厚1.5～4 m，上厚下薄，大致呈扇形，物質(zhì)成分主要為砂質(zhì)粘性土，下游顆粒較粗，為中－粗砂。

立墩自然村有上百年歷史，據(jù)老人反映，后山溝谷也曾誘發(fā)過(guò)泥石流，但規(guī)模小，危害輕微。以后數(shù)十年未曾出現(xiàn)過(guò)，這次是最大最嚴(yán)重一次，證明該溝谷發(fā)生泥石流災(zāi)害的頻率較低，為低頻泥石流溝谷。

圖8 泥石流堆積Fig.8 ebris flow deposits

圖9 泥石流漫淹立墩村Fig.9 Debris flow inundating Lidun Village

（2）泥石流性狀及相關(guān)計(jì)算參數(shù)［8－10]

根據(jù)氣象資料，6月18日之前，連續(xù)6 d的降雨土體已經(jīng)完全處于飽水狀態(tài)，地下水開始向溝谷低洼處排泄。18日早上開始下暴雨，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8 h，溝谷狹口以上匯水面積160 000 m2，按當(dāng)日降雨量200 mm／d，溝谷洪水流量約32 000 m3／d，溝谷洪水水量大于溝谷中松散固體物質(zhì)，固體物質(zhì)平均占46.87%，但滑坡D右塊段靠近溝口，實(shí)際上流通區(qū)固體物質(zhì)僅占28.12%，按泥石流物質(zhì)狀態(tài)分類定義，該泥石流為稀性泥石流?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，沖溝兩側(cè)基本沒(méi)有固體物質(zhì)殘留，在溝谷狹口處民房墻壁上，可見泥流濺痕，高度達(dá)5 m左右（圖10～12），上述兩個(gè)特征也證明該泥石流屬稀性泥石流。

①泥石流密度計(jì)算

式中，ρm為泥石流密度（t／m3）；ρw為水的密度（t／m3）；ds為固體物質(zhì)相對(duì)密度，取2.6；f 為固體物質(zhì)體積和水的體積之比，取0.281 2。

經(jīng)計(jì)算，ρm＝1.351 3 t／m3，泥石流呈流動(dòng)果汁狀。

②流速計(jì)算

根據(jù)工程類比法，參照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算流速，公式如下：

式中，υm為泥石流斷面平均流速（m／s）；Rm為泥石流流體水力半徑（m），取泥位深度4 m；I為泥石流流面縱坡降比（%）；1／n為清水河槽糙率，取n＝4.5；α為阻力系數(shù)

式中，φ為泥石流泥砂修正系數(shù)；ρs為泥石流固體物質(zhì)密度（t／m3）。

經(jīng)計(jì)算，υm＝6.18 m／s，泥石流速度非?？臁?/p>

4 滑坡－泥石流成因機(jī)制分析

4.1 地形地貌

立墩自然村位于低山－丘陵之過(guò)渡帶，屬滑坡、崩塌、泥石流易發(fā)地帶。山體連綿起伏，溝壑縱橫，相對(duì)高差50～150 m，自然斜坡多呈凸坡和直線坡，坡度25°～35°。村后山溝谷呈北東東方向，長(zhǎng)約550 m，匯水面積約0.16 k m2。溝谷上游和下游呈“U”型，縱坡降117‰；中游呈不對(duì)稱的“V”型，縱坡降300‰，沖溝偏向右岸，上寬2～4 m，深1.5～3 m，長(zhǎng)度300 m；溝口形成峽口，這種地形有利于迅速匯集地表雨水，形成洪流。

圖10 泥石流下游溝谷及泥痕飛濺Fig.10 Mud splashing in lower valleys

圖11 泥石流上游溝谷地貌Fig.11 Catch ment landform in upper valleys

圖12 泥石流中游溝谷陡坡流通區(qū)Fig.12 Steep flow－zone in middle valleys

4.2 巖土體物質(zhì)結(jié)構(gòu)及組成

立墩處于低山與丘陵的過(guò)渡地帶，大面積出露燕山晚期花崗閃長(zhǎng)巖，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，表層普遍覆蓋一層殘坡積層。厚度變化較大，一般2～3 m，坡腳局部可達(dá)5 m左右。植物根系發(fā)育，土質(zhì)較疏松，透水性較好，遇水易軟化變形（重塑剪試驗(yàn)值c＝5～8 k Pa，φ＝5°～7°）。該層無(wú)論從顏色還是土體結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)均有別于下伏強(qiáng)風(fēng)化巖石。由于分布廣泛，為區(qū)內(nèi)滑坡－泥石流提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源。

4.3 人類工程活動(dòng)

立墩自然村位于北東向“U”山溝中，受地形及場(chǎng)地限制，沿山溝兩側(cè)坡腳建房切坡現(xiàn)象很普遍，切坡高3～9 m，坡度50°～75°，形成高陡臨空面，改變了原始斜坡結(jié)構(gòu)與應(yīng)力平衡，且普遍沒(méi)有采取防護(hù)措施，斜坡處于極限平衡狀態(tài)。切坡造成殘坡積層高懸于房屋之上，一旦滑動(dòng)，將迅速摧毀坡腳民房，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失?；翧、D均與建房切坡密切相關(guān)，其中滑坡D左滑塊是典型的高速運(yùn)動(dòng)滑坡之一，其大部分滑體疊加堆放于村禮堂廢墟上，由于其滑動(dòng)晚于溝谷泥石流近2 h，所以未引起足夠重視，可以說(shuō)，如果泥石流不發(fā)生，滑坡D仍然會(huì)造成重大的人員傷亡事件。

4.4 植被

自然村周邊植被以毛竹林為主，除滑坡B地表為杉木林外，滑坡A、C、D地表均為毛竹林。毛竹根系特別發(fā)育，根須盤根錯(cuò)節(jié)，相互交織成網(wǎng)，形成一個(gè)整體，對(duì)表土穩(wěn)固起到較好作用。但毛竹根系發(fā)育較淺，一般深度2 m左右，根系發(fā)育深度基本未超出殘坡積層與強(qiáng)風(fēng)化層的分界面。毛竹作為當(dāng)?shù)氐闹饕?jīng)濟(jì)林之一，需要定期松土施肥，特別是春、冬兩季竹筍挖掘，地表經(jīng)常開挖得凹凸不平，表水容易匯集、入滲，在根系底部，即殘坡積層和強(qiáng)風(fēng)化交界面逐漸匯集，軟化土體，形成一個(gè)軟弱面，該軟弱結(jié)構(gòu)面一旦貫通，在上覆土體及植被重力作用下就會(huì)產(chǎn)生快速滑動(dòng)。

4.5 強(qiáng)降雨

特殊的氣象條件是泥石流形成的必要條件之一，2010年6月13～27日的強(qiáng)降雨過(guò)程突破了南平市有氣象記錄史以來(lái)的極值，歷時(shí)之長(zhǎng)、強(qiáng)度之大均創(chuàng)造新的歷史記錄。在“6.18”災(zāi)害發(fā)生以前，南平市普遍經(jīng)歷了5天的小雨、中雨到大雨的持續(xù)交替過(guò)程，土體經(jīng)過(guò)雨水充分入滲，完全達(dá)到飽和狀態(tài)，在土體自重及林木重壓下，斜坡處于極限平衡狀態(tài)，只要外部動(dòng)力條件稍有改變，斜坡就可能失穩(wěn)。6月18日南平市迎來(lái)了新一輪大暴雨襲擊，大暴雨從早上8時(shí)左右開始，一直持續(xù)到下午5時(shí)左右，過(guò)程降雨量普遍達(dá)到200 mm以上。持續(xù)的大暴雨不僅觸發(fā)了大面積的群發(fā)性滑坡，同時(shí)也為溝谷泥石流提供了大量水源，溝谷中的雨水匯集后變成洪流，裹挾著滑坡物質(zhì)形成泥石流災(zāi)害。

5 結(jié)論

立墩自然村“6.18”滑坡－泥石流災(zāi)害是一次重大的地質(zhì)災(zāi)害事件，共造成26人死亡（其中2名孕婦），1人失蹤。

有利的地形地貌及巖土體特征是滑坡－泥石流災(zāi)害形成的內(nèi)因條件，持續(xù)多天的強(qiáng)降雨是滑坡－泥石流災(zāi)害的主要誘因?；戮鶠闇\層土質(zhì)小型滑坡，除降雨外，其影響因素還與地形地貌、建房切坡、植被、巖土體等多種因素有關(guān)。

村后山溝谷具備陡峭有利于集水、集物的地形，兩側(cè)有豐富的松散堆積物，極端氣象形成的集中強(qiáng)降雨等條件。

地質(zhì)災(zāi)害以災(zāi)害鏈的形成出現(xiàn)，滑坡為溝谷泥石流提供了大量物質(zhì)來(lái)源，泥石流在搬運(yùn)滑坡堆積物的同時(shí)造成了重大的災(zāi)害。

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［7]福建省地質(zhì)工程研究院.南平市紅星村立墩自然村滑坡－泥石流應(yīng)急調(diào)查報(bào)告［R].2010.

［8]工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）［M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［9]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范（DZ／T 0239－2004）［S].2004.

［10]中華人民共和國(guó)國(guó)土資源部.泥石流災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范（DZ／T 0220－2006）［S].2006.