汶川縣三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡成因機(jī)制

黃頡，金輝，鐘義敏

（成都興蜀勘察基礎(chǔ)工程公司，成都 610072）

1 引言

2008年5月12日四川省汶川縣發(fā)生里氏8.0級大地震，震中位于汶川縣映秀鎮(zhèn)，地震烈度達(dá)Ⅺ度。汶川地震給四川省造成極為嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)因地震引發(fā)了大量的次生地質(zhì)災(zāi)害。地震前汶川縣共發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)132處，據(jù)華地公司汶川地震排查報(bào)告，原有地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)在地震中絕大多數(shù)都有不同程度的加劇破壞和隱患增大，除部分災(zāi)害點(diǎn)因威脅對象搬遷或滅失外，還有94處存在較為嚴(yán)重的隱患，且地震新增地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)達(dá)353處，可見地震次生地質(zhì)災(zāi)害是非常嚴(yán)重的。

三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡為汶川地震后新形成的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，受地震影響，斜坡上巖體崩落，砸毀下部房屋，不穩(wěn)定斜坡威脅下部18戶51人和一所自來水廠、一座油庫的安全。

本文在對現(xiàn)場詳細(xì)勘查的基礎(chǔ)上，較為具體地描述了不穩(wěn)定斜坡的基本特征，同時(shí)結(jié)合斜坡的地質(zhì)構(gòu)造特征及斜坡上各種災(zāi)害體發(fā)育特征，分析災(zāi)害體的形成機(jī)理。本文旨在對汶川地震引發(fā)的這類不穩(wěn)定斜坡做初步分析，為后續(xù)研究者提供參考。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡位于岷江左岸，斜坡區(qū)屬中山地貌，斜坡總體由兩級平臺(tái)和兩級陡坎構(gòu)成，斜坡前緣為人工切坡所形成的陡坎，坎高15～30 m，斜坡后緣為天然陡坎，坎高5～8 m，斜坡區(qū)上部坡度較陡，坡度50°～75°，斜坡區(qū)中下部坡度稍緩，坡度30°～50°。

2.2 地層巖性

斜坡區(qū)主要為第四系殘坡積、崩坡積物（Q4el＋dl）覆蓋，第四系沖洪積（Q4al），第四系更新統(tǒng)冰漬層（Qp），下伏基巖為泥盆系月里寨群（Dyl）。

第四系殘坡積、崩坡積物（Q4el＋dl）：以粉質(zhì)粘土、粘土、碎石土為主，結(jié)構(gòu)呈半膠結(jié)狀，碎石含量一般15%～40%，碎石以干枚巖、灰?guī)r為主。土層厚度為3～22 m。

第四系沖洪積（Q4al）：以深灰色細(xì)中砂為主，夾較多卵石，結(jié)構(gòu)松散。卵石粒徑最大10 cm×20 cm，最小1 cm×2 cm，一般5 cm×8 cm，磨圓度好，分選性差。該層主要分布在岷江岸邊一帶。

第四系更新統(tǒng)冰漬層（Qp）：為黃灰色粉質(zhì)粘土夾塊礫石。該層分布廣泛。

泥盆系月里寨群（Dly）：為深灰色千枚巖、絹云母石英干枚巖夾鐵硅質(zhì)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r、塊狀灰?guī)r等。該層主要分布在不穩(wěn)定斜坡中上部。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

（1）地質(zhì)構(gòu)造

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料（茂汶幅），勘查區(qū)位于茂汶大斷層的北東段（圖1），斷層走向約45°～50°，傾向約315°～330°，傾角約70°～80°，上盤（北西盤）為寒武系－志留系茂縣群，下盤（南東盤）為上震旦統(tǒng)燈影組－泥盆系月里寨群及晉寧－澂江期牟托花崗巖體。斷層破碎帶寬20 m，屬壓扭性斷層，在汶川附近及茂縣附近多出現(xiàn)分叉閉合現(xiàn)象，表現(xiàn)為夾許多透鏡狀斷塊的復(fù)雜斷裂帶，地層破碎、產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)等現(xiàn)象多處可見。九頂山斷層從勘查場區(qū)南側(cè)經(jīng)過，該斷層為茂汶大斷層的最大分支斷層，走向40°～50°，斷層產(chǎn)狀變化較大；勘查區(qū)東側(cè)分布有索橋斷層；勘查區(qū)北西側(cè)發(fā)育有羊龍山倒轉(zhuǎn)向斜、克枯倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜。

（2）地震

勘查區(qū)位于茂汶大斷裂上，歷史上曾多次發(fā)生地震，本次汶川5.12特大地震為汶川縣有歷史記載以來震級最高，破壞強(qiáng)度最大的一次地震，其震級達(dá)8級，地震烈度達(dá)Ⅺ度。據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306－2001）》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011－2001）》（2008年版），汶川縣抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，基本地震加速度為0.2 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

圖1 勘查區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Outline map of the tar get area

3 不穩(wěn)定斜坡的基本特征

三關(guān)廟不穩(wěn)定斜坡處于汶川縣威洲鎮(zhèn)，前緣高程1 550 m，后緣高程一般為1 880 m左右；地形坡度30°～60°左右，軸長610 m左右，橫寬約400 m，方量約90×104m3，為中型不穩(wěn)定斜坡（圖2）。

根據(jù)三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡的勘查報(bào)告，該不穩(wěn)定斜坡可劃分為三類變形體（圖3），即滑坡（Ⅰ）、崩塌（Ⅱ）和土質(zhì)斜坡（Ⅲ）。經(jīng)過詳細(xì)分析，滑坡區(qū)（Ⅰ區(qū)）位于崩塌區(qū)上部，由于受崩塌區(qū)巖體崩落影響，崩塌區(qū)上部斜坡土體發(fā)生牽引式變形破壞，發(fā)育多處裂縫；而土質(zhì)斜坡區(qū)（Ⅲ區(qū)）為穩(wěn)定斜坡區(qū)，未發(fā)生明顯變形。因此本文主要針對不穩(wěn)定斜坡的崩塌區(qū)進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖2 不穩(wěn)定斜坡全貌Fig.2 Full view of the unstable slope

圖3 不穩(wěn)定斜坡分區(qū)圖Fig.3 Partition map of the unstable slope

斜坡區(qū)內(nèi)三個(gè)崩塌區(qū)均為灰色厚－巨厚層灰?guī)r形成的崩塌，巖層產(chǎn)狀131°～136°∠38°～56°。各區(qū)危巖體方量800～1 400 m3，主要受三組裂隙控制，即228°～266°∠50°～73°，308°～338°∠41°～62°，80°～108°∠56°～70°，單體被切割塊度0.6×0.3×0.2 m～0.4×0.8×1.2 m。調(diào)查期間到處可見巖石崩滑后形成的凹坑，坡面上余下更多的松動(dòng)巖石和孤石。巖體的穩(wěn)定性較差，根據(jù)巖體切割塊體的形態(tài)、坡面形態(tài)及坡面植被情況，危巖體的變形方式為滑塌式。危巖體下部崩塌堆積體物質(zhì)組成為灰?guī)r和千枚巖碎塊，體積約7 000～15 000 m3。崩塌堆積體分選性較好，其落石塊度最大7.5×3.5×2.2，一般塊徑小于0.5 m，約占總量的55%，均堆積于該區(qū)斜坡下部。落石崩落最大高差約170 m，最遠(yuǎn)落距達(dá)250 m。

4 成因機(jī)制分析

三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡為汶川地震引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害，其誘發(fā)因素為地震。結(jié)合上文，從以下幾個(gè)方面分析不穩(wěn)定斜坡的形成機(jī)制。

4.1 地形地貌影響因素

三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡位于岷江左岸，斜坡區(qū)屬中山地貌，斜坡海拔高程1 530～1 860 m，根據(jù)黃潤秋等研究［1]，地震地質(zhì)災(zāi)害主要分布在海拔1 500～2 000 m以下的高程范圍內(nèi)，這一高程范圍與該區(qū)域?qū)捁冗M(jìn)入峽谷的高程范圍大體相當(dāng)，是河谷岸坡地形坡度較陡，巖體卸荷強(qiáng)烈，地震響應(yīng)最為突出的部位?？辈閰^(qū)位于震源映秀的北東側(cè)，斜坡坡向346°～10°，背靠震源方向，正好符合了唐春安等運(yùn)用動(dòng)力學(xué)理論對地震作用下斜坡破壞過程進(jìn)行數(shù)值模擬而得出的背靠震源方向的斜坡比面向震源方向更容易發(fā)生滑坡的結(jié)論［2]。另外，斜坡區(qū)上部坡度較陡，坡度50°～75°度，斜坡區(qū)中下部坡度稍緩，坡度30°～50°。上陡下緩的地形，極利于巖體崩落。綜上，斜坡區(qū)地形地貌因素不利于坡體穩(wěn)定。

4.2 地層巖性影響因素

統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，失穩(wěn)斜坡發(fā)育最多的地層依次為三疊系、元古代、志留系、泥盆系［1]。斜坡內(nèi)出露基巖巖性為泥盆系月里寨群（Dyl）深灰色千枚巖、絹云母石英干枚巖夾鐵硅質(zhì)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r、塊狀灰?guī)r等。巖層產(chǎn)狀131°～136°∠38°～56°，為反向坡。因此，斜坡不存在順層滑動(dòng)的情況，坡體的穩(wěn)定性主要受控于節(jié)理與裂隙的發(fā)育程度與規(guī)模，特別是傾向坡外的節(jié)理裂隙。巖體主要受三組裂隙控制，危巖節(jié)理與裂隙發(fā)育，規(guī)模較大，且貫通性較好，因此，巖體的整體穩(wěn)定性差。

4.3 地質(zhì)構(gòu)造影響因素

汶川地震除龍門山中央斷裂北川－映秀斷裂發(fā)生錯(cuò)動(dòng)外，其前山斷裂（江油－都江堰斷裂）、后山斷裂（茂汶斷裂）也發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)。統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，失穩(wěn)的斜坡與斷層的分布關(guān)系密切，明顯受后山斷裂、中央斷裂及前山斷裂的控制，86%以上的失穩(wěn)斜坡分布在斷層兩側(cè)10 k m以內(nèi)［1]。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料（茂汶幅），茂汶斷層穿過勘查區(qū)，斷層破碎帶寬20 m，屬壓扭性斷層，且在勘查區(qū)附近出現(xiàn)分叉閉合現(xiàn)象，表現(xiàn)為夾許多透鏡狀斷塊的復(fù)雜斷裂帶。地質(zhì)構(gòu)造對勘查區(qū)的影響，主要表現(xiàn)為勘查區(qū)內(nèi)巖體破碎，構(gòu)造裂隙發(fā)育。在卸荷作用下，卸荷裂隙一般在構(gòu)造裂隙的基礎(chǔ)上繼承發(fā)展，在危巖體壓應(yīng)力作用下，垂向裂隙面貫通后形成崩落［3]，不利于坡體穩(wěn)定性。

4.4 地震影響因素

圖4 崩塌區(qū)巖體發(fā)生崩落后堆積現(xiàn)狀Fig.4 Currentsituation after the rock avalanche

圖5 不穩(wěn)定斜坡典型工程地質(zhì)剖面圖Fig.5 Engineering geological profile

汶川地震在地震過程和動(dòng)力特征上表現(xiàn)出以下幾種主要特征：①震級高，震源淺。地震震級達(dá)里氏8.0級，震源深度僅12～15 k m。②具有面狀震源的特點(diǎn)，破裂帶長達(dá)近300 k m。汶川地震的發(fā)生具有沿破裂帶持續(xù)累進(jìn)性破壞的特點(diǎn)。③地震持續(xù)時(shí)間長，達(dá)80～120 s。長持時(shí)的振動(dòng)是導(dǎo)致地震強(qiáng)烈破壞和觸發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的重要原因。④地震動(dòng)響應(yīng)強(qiáng)烈，本次地震記錄到的地面運(yùn)動(dòng)峰值加速度局部地段達(dá)到1.5～2.0 g。上述特征決定了汶川地震對建（構(gòu)）筑物以及地質(zhì)環(huán)境具有極大的破壞性和摧毀性，是導(dǎo)致災(zāi)區(qū)斜坡大量失穩(wěn)，觸發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害的根本原因［1]。

勘查區(qū)距離震中約50 k m，距離發(fā)震斷裂映秀斷層直線距離約20 k m。汶川地震時(shí)勘查區(qū)地震烈度為Ⅸ度（圖5），在地震波作用下，勘查區(qū)巖體被震動(dòng)松弛，產(chǎn)生明顯的震動(dòng)擴(kuò)容，即節(jié)理巖體剪脹效應(yīng)（圖6）。震后剪脹擴(kuò)容的巖體結(jié)構(gòu)，其巖體質(zhì)量明顯降低，其力學(xué)強(qiáng)度大幅度損失，巖體的滲透性能明顯增強(qiáng)，因此邊坡的穩(wěn)定性大幅度降低［1]。因此，地震是本次勘查區(qū)發(fā)生崩塌的誘發(fā)因素。

圖6 汶川地震地震烈度圖Fig.6 Seismic intensity map of Wenchuan earthquake

圖7 受地震影響巖體裂隙發(fā)育照片F(xiàn)ig.7 Fault development affected by the earthquake

綜上，三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡中上部出露的灰?guī)r塊體，由于受地形地貌、地層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造等因素控制，節(jié)理裂隙發(fā)育。地震時(shí)，由于其處在茂汶斷層斷裂帶，地震作用力較大，巖體受到地震波作用，使坡面原本節(jié)理裂隙較發(fā)育的巖體沿裂隙面松動(dòng)，并在隨之而來的橫波的作用下，巖體向坡外拋出，發(fā)生崩落［5]。因此，汶川縣三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡崩塌區(qū)形成的主要控制因素為地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造，主要誘發(fā)因素為汶川地震。

5 結(jié)語

汶川地震后，汶川縣新增地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)353處（據(jù)排查資料），而汶川縣三關(guān)廟后山不穩(wěn)定斜坡僅為其中之一，本文對該不穩(wěn)定斜坡的基本特征進(jìn)行了詳細(xì)描述，并根據(jù)變形特征詳細(xì)分析其成因機(jī)制，旨在為以后對相類似的地質(zhì)環(huán)境條件的地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的研究提供參考。

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