S210線蘆山－寶興段崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)性分析及防治對(duì)策建議

王 萌，何思明，張小剛

(中國(guó)科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，山地災(zāi)害與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610041)

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，北京時(shí)間2013年4月20日8時(shí)02分46秒，在四川省雅安市蘆山縣龍門(mén)鄉(xiāng)、寶勝鄉(xiāng)、太平鎮(zhèn)交界(北緯30.3°，東經(jīng)103.0°)發(fā)生里氏7.0級(jí)地震，震源深度13km。震中位于龍門(mén)山前緣構(gòu)造帶南段雙石-太平區(qū)段。該地震造成的構(gòu)造破裂主要沿NE走向的大川-雙石斷裂分布，震源斷層錯(cuò)動(dòng)的基本性質(zhì)為壓型上沖兼小幅度右旋走向滑動(dòng)，破壞力強(qiáng)。此次地震最大烈度IX度，等震線長(zhǎng)軸呈北東走向分布，受災(zāi)范圍約 18，682km2［1-2］。

省道S210蘆山-寶興段依山傍河而建，是蘆山縣至寶興縣的唯一一條公路通道。公路沿線山脈縱橫，地表崎嶇，不良地質(zhì)現(xiàn)象十分發(fā)育。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自“5·12”汶川特大地震以來(lái)，2008年12月開(kāi)始重建的省道210線一年內(nèi)因山體自然崩塌造成交通中斷的次數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了10次?！?·20”蘆山地震發(fā)生后，作為進(jìn)出地震災(zāi)區(qū)的生命線工程多處發(fā)生崩塌滾石等次生地質(zhì)災(zāi)害，堵斷交通，威脅來(lái)往群眾的生命安全，嚴(yán)重影響了抗震救災(zāi)和災(zāi)后的恢復(fù)重建。筆者于震后從蘆山縣思延鄉(xiāng)出發(fā)，沿S210線直到寶興縣穆坪鎮(zhèn)，沿途考察公路兩側(cè)的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，開(kāi)展此路段的崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估及防治對(duì)策研究工作。其研究結(jié)果可為災(zāi)后重建提供一定參考依據(jù)和基礎(chǔ)。

1 自然環(huán)境背景

研究區(qū)范圍內(nèi)的省道S210蘆山-寶興段起于蘆山縣思延鄉(xiāng)，止于寶興縣穆坪鎮(zhèn)，全長(zhǎng)約43km，位于四川盆地的西部邊緣，為盆地到青藏高原的過(guò)渡地帶，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地質(zhì)條件十分脆弱。

研究區(qū)海拔680～1272m，地貌屬垂直地貌，地形以山地為主，屬邛崍山區(qū)，地勢(shì)由西北向東南逐漸降低。蘆山向斜位處大川-雙石斷裂南東盤(pán)，而該斷裂活動(dòng)性為右旋粘滑。由于斷裂的活動(dòng)產(chǎn)生由北東向南西的掀斜作用，使其軸向?yàn)楸睎|的蘆山向斜北東端翹起成為必然。這種斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的掀斜作用延伸影響到再南端的雅安向斜，其向斜軸部在雅安主城區(qū)青衣江北岸翹起南岸傾覆。

研究區(qū)地層巖性主要包括了9種類型:觀霧山組(D3gw)，名山組(E1-2m)，蘆山組(E3l)，大溪礫巖(K2E1d)，奧長(zhǎng)花崗巖(Ptγo)，第四系沖積層(Qhal)，飛仙關(guān)組(T1f)，須家河組(T3x)，燈影組(Z2∈1d)。研究區(qū)地處中緯度，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，垂直氣候明顯，大部分地區(qū)氣候溫和，降水多集中在夏季，年均降雨量993.7mm。區(qū)內(nèi)主要河流為靈關(guān)河，為青衣江的支流。

2 S210線蘆山-寶興段崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

蘆山地震災(zāi)區(qū)由于地處高山峽谷地貌，地質(zhì)環(huán)境脆弱，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，給地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生提供了良好的發(fā)育環(huán)境。通過(guò)野外調(diào)查，此次地震誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害以中小型崩塌為主(圖1)。崩塌災(zāi)害呈現(xiàn)出分布廣、數(shù)量多的特點(diǎn)，主要分布在道路轉(zhuǎn)彎、斜坡陡坎等地段，對(duì)公路等生命線工程造成了嚴(yán)重的破壞，制約了搶險(xiǎn)救災(zāi)與災(zāi)后重建工作的順利開(kāi)展。

2.1 S210線蘆山－寶興段崩塌災(zāi)害分布

通過(guò)野外調(diào)查，從蘆山縣思延鄉(xiāng)到寶興縣穆坪鎮(zhèn)的S210線上沿途共分布對(duì)省道直接構(gòu)成威脅的崩塌災(zāi)害34處(圖2)，規(guī)模多為中小型崩塌。

圖2 S210蘆山－寶興段崩塌災(zāi)害分布圖Fig.2 Collapses disaster distribution map of S210 Line Lushan-Baoxing Segment

2.1.1 與坡度的關(guān)系

坡度是控制崩塌發(fā)生位置最重要的因素，一般來(lái)說(shuō)，坡度越大越利于崩塌的發(fā)生。將研究區(qū)坡度圖層按照10°的間隔，劃分為 7 級(jí):0°～10°，10°～20°，20°～30°，30°～40°，40°～50°，50°～ 60°，＞60°。然后將崩塌災(zāi)害分布圖層與坡度圖層進(jìn)行疊加，分析崩塌災(zāi)害與坡度的相關(guān)關(guān)系(圖3)。

圖3 崩塌災(zāi)害與坡度相關(guān)關(guān)系Fig.3 The relationship between collapse and slope gradient

從圖3中可以看出，崩塌災(zāi)害主要分布在30°～40°坡度范圍內(nèi)，大于40°的坡體發(fā)育的崩塌數(shù)量占到總數(shù)的52.98%。小于20°的坡體沒(méi)有崩塌災(zāi)害的發(fā)生。崩塌災(zāi)害的發(fā)育受坡度因素控制效果顯著。

2.1.2 與坡向的關(guān)系

坡向是指斜坡臨空面的朝向，可影響到斜坡的水熱條件，使自然地理諸要素具有規(guī)律性分異，從而導(dǎo)致崩塌災(zāi)害發(fā)育存在坡向性。將研究區(qū)坡向圖層按照45°的間隔，劃分為9種類別:Flat(-1)，North(0°～22.5°，337.5°～360°)，Northeast(22.5°～67.5°)，East(67.5°～ 112.5°)，Southeast(112.5°～ 157.5°)，South(157.5° ～ 202.5°)，Southwest(202.5° ～247.5°)， West(247.5° ～ 292.5°)， Northwest(292.5°～337.5°)。然后與崩塌災(zāi)害分布圖層進(jìn)行疊加，分析崩塌災(zāi)害與坡向之間的相關(guān)關(guān)系(圖4)。

圖4 崩塌災(zāi)害與坡向相關(guān)關(guān)系Fig.4 The relationship between collapse and slope aspect

從圖4中可以看出，崩塌災(zāi)害主要分布在SW、W和NW這三種坡向中，發(fā)育的崩塌數(shù)量占到總數(shù)的79.41%。這是由于公路走向自南向北，依河傍山而建。臨路的山體朝向多偏西，受風(fēng)化、人工開(kāi)挖影響顯著，在地震力的作用下更容易發(fā)生崩塌。

2.1.3 與地層巖性的關(guān)系

地層巖性是崩塌災(zāi)害發(fā)生的基礎(chǔ)，可以控制崩塌災(zāi)害的發(fā)育并為其提供物質(zhì)來(lái)源，不同巖性的地層由于其本身物理化學(xué)特性可以對(duì)崩塌災(zāi)害發(fā)育做出不同的貢獻(xiàn)。研究區(qū)地層巖性主要包括了9種類型:觀霧山組(D3gw)，名山組(E1-2m)，蘆山組(E3l)，大溪礫巖(K2E1d)，奧長(zhǎng)花崗巖(Ptγo)，第四系沖積層(Qhal)，飛仙關(guān)組(T1f)，須家河組(T3x)，燈影組(Z2∈1d)。各地層的巖性描述如表1:

從表1中可以看出，崩塌災(zāi)害主要分布在D3gw和K2E1d中，發(fā)育的崩塌數(shù)量占到總數(shù)的47.06%，其次為 T3x和 Z2∈1d，發(fā)育的崩塌數(shù)量占到總數(shù)的29.42%。巖性主要為灰?guī)r、砂巖、白云巖和礫巖。

表1 地層巖性描述［3］Table 1 The description of lithology

然后將崩塌災(zāi)害分布圖層與地層圖層進(jìn)行疊加，分析崩塌災(zāi)害與地層巖性之間的相關(guān)關(guān)系(圖5)。

圖5 崩塌災(zāi)害與地層巖性相關(guān)關(guān)系Fig.5 The relationship between collapse and stratum

2.1.4 與地層切割深度的關(guān)系

地表切割深度是指地面某點(diǎn)的鄰域范圍的平均高程與該鄰域范圍內(nèi)最小高程的差值。它反映了地表被侵蝕切割的情況。隨著斜坡變高變陡，坡體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，張力帶范圍的擴(kuò)大，在坡腳處形成應(yīng)力集中而使坡體的穩(wěn)定性不斷降低。這里鄰域分析采取了10×10的網(wǎng)格，即100m×100m的單元面積。地表切割深度分布范圍從0～262m，采用自然斷點(diǎn)法將研究區(qū)地表切割深度分為5級(jí):0～16m，16～31m，31～49m，49～82m，82～266m。然后將崩塌災(zāi)害分布圖層與地表切割深度圖層進(jìn)行疊加，分析崩塌災(zāi)害與地表切割深度之間的相關(guān)關(guān)系(圖6)。

圖6 崩塌災(zāi)害與地表切割深度相關(guān)關(guān)系Fig.6 The relationship between collapse and cutting depth

從圖6可以看出，崩塌災(zāi)害主要發(fā)育在地表切割深度49～82m范圍內(nèi)，崩塌數(shù)量占到總數(shù)的38.23%。大于16m的范圍內(nèi)的崩塌數(shù)量占到總數(shù)的91.18%。

2.1.5 與斷層距離的關(guān)系

發(fā)震斷層一般來(lái)說(shuō)主要控制地震誘發(fā)崩塌災(zāi)害的空間分布特征，距離發(fā)震斷層越近，崩塌災(zāi)害越發(fā)育，規(guī)模也越大。將距斷層的距離按2km的間隔劃分成6級(jí):0～2km，2～4km，4～6km，6～8km，8～10km，＞10km。然后將崩塌災(zāi)害分布圖層與斷層距離圖層進(jìn)行疊加，分析崩塌災(zāi)害與斷層距離之間的相關(guān)關(guān)系(圖7)。

圖7 崩塌災(zāi)害與斷層距離相關(guān)關(guān)系Fig.7 The relationship between collapse and fault proximity

從上表可以發(fā)現(xiàn)，蘆山地震中斷層的距離效應(yīng)并不顯著。離斷層最近的地方分布崩塌災(zāi)害比例并不是最高，這與通常的認(rèn)識(shí)有所差別。說(shuō)明此次地震誘發(fā)的崩塌受斷層距離因素控制不顯著，主要受到其他因素，如地層巖性、地形地貌等影響會(huì)更大。

2.2 S210線蘆山－寶興段崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

根據(jù)對(duì)S210線蘆山-寶興段崩塌災(zāi)害發(fā)育條件和誘發(fā)條件等的分析，利用GIS技術(shù)，將以上危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子按照一定的權(quán)重進(jìn)行疊加分析［4-6］，即可得到危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果(圖8)。結(jié)果分為3個(gè)等級(jí):崩塌災(zāi)害低危險(xiǎn)度區(qū)，崩塌災(zāi)害中危險(xiǎn)度區(qū)及崩塌災(zāi)害高危險(xiǎn)度區(qū)。評(píng)價(jià)描述見(jiàn)表2。

圖8 S210蘆山－寶興段崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)度分區(qū)圖Fig.8 Collapse hazard zonation map of S210 line Lushan-Baoxing Segment

表2 S210線蘆山－寶興段崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分區(qū)表Table 2 Collapse hazard assessment of S210 line Lushan-Baoxing Segment

3 S210線蘆山-寶興段崩塌災(zāi)害防治對(duì)策建議

崩塌滾石災(zāi)害是蘆山地震的主要次生地質(zhì)災(zāi)害類型。根據(jù)蘆山地震災(zāi)區(qū)崩塌滾石災(zāi)害成因機(jī)制、分布與活動(dòng)特征、成災(zāi)方式與危害對(duì)象，結(jié)合中科院山地所崩塌滾石災(zāi)害減災(zāi)研究成果［7-10］，對(duì)蘆山地震災(zāi)區(qū)崩塌滾石災(zāi)害防治根據(jù)不同的區(qū)域提出以下建議:

3.1 S210線崩塌滾石災(zāi)害防治對(duì)策

S210線崩塌滾石災(zāi)害具有點(diǎn)多面廣、線狀分布的特點(diǎn)，針對(duì)不同崩塌危險(xiǎn)度等級(jí)區(qū)域采用以下措施進(jìn)行防治:

(1)崩塌災(zāi)害低危險(xiǎn)區(qū)

清除危險(xiǎn)障礙物，如對(duì)危巖定點(diǎn)爆破處理，采用輕鋼結(jié)構(gòu)棚洞，并結(jié)合監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)行防治。新型棚洞具有抗沖擊能力強(qiáng)、施工速度快、不影響正常交通等優(yōu)點(diǎn)，特別適合應(yīng)急減災(zāi)，已應(yīng)用于都汶高速公路崩塌滾石災(zāi)害防治。

(2)崩塌災(zāi)害中危險(xiǎn)區(qū)

清除危險(xiǎn)障礙物，采用被動(dòng)網(wǎng)攔截，搭建輕鋼結(jié)構(gòu)棚洞，并結(jié)合監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)行防治。

(3)崩塌災(zāi)害高危險(xiǎn)區(qū)

清除危險(xiǎn)障礙物，，采用被動(dòng)網(wǎng)攔截，搭建輕鋼結(jié)構(gòu)棚洞，并結(jié)合監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)行防治。對(duì)于橋墩，采用“耗能減震復(fù)合墊層結(jié)構(gòu)”進(jìn)行防治(圖10)。

3.2 S210線沿途村鎮(zhèn)崩塌滾石災(zāi)害減災(zāi)對(duì)策

S210線沿途村鎮(zhèn)崩塌滾石災(zāi)害相對(duì)集中，建議采用主動(dòng)加固與被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的措施進(jìn)行綜合防護(hù):

(1)對(duì)單個(gè)危巖體采用爆破方式清除。

(2)對(duì)較大規(guī)模危巖區(qū)采用錨固工程主動(dòng)加固。

(3)沿崩塌滾石運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)置多級(jí)攔擋結(jié)構(gòu)，包括高能級(jí)被動(dòng)網(wǎng)、柔性攔石墻組合結(jié)構(gòu)、微型鋼管群樁滾石攔截系統(tǒng)等。

4 結(jié)論

“4·20”蘆山地震發(fā)生后，作為進(jìn)出地震災(zāi)區(qū)的生命線工程省道S210蘆山-寶興段多處發(fā)生崩塌滾石等次生地質(zhì)災(zāi)害，堵斷交通，威脅來(lái)往群眾的生命安全，嚴(yán)重影響了抗震救災(zāi)和災(zāi)后的恢復(fù)重建。通過(guò)對(duì)此路段進(jìn)行崩塌災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)考察，得出此路段的崩塌災(zāi)害多發(fā)生在大于40°的坡體上，坡向?yàn)镾W，W和NW，地層為D3gw和K2E1d，巖性主要為灰?guī)r、砂巖、白云巖和礫巖，切割深度多大于16m。而斷裂帶距離對(duì)崩塌災(zāi)害發(fā)育的控制作用并不顯著，與常規(guī)認(rèn)識(shí)有所差異，并非距斷裂帶越近崩塌越發(fā)育。通過(guò)GIS進(jìn)行因子疊加分析，將此路段劃分為3級(jí)危險(xiǎn)度區(qū)域:崩塌災(zāi)害低危險(xiǎn)度區(qū)，崩塌災(zāi)害中危險(xiǎn)度區(qū)及崩塌災(zāi)害高危險(xiǎn)度區(qū)。并根據(jù)蘆山地震災(zāi)區(qū)崩塌滾石災(zāi)害成因機(jī)制、分布與活動(dòng)特征、成災(zāi)方式與危害對(duì)象，提出了防治對(duì)策與建議。對(duì)于交通干線崩塌滾石災(zāi)害具有點(diǎn)多面廣、線狀分布的特點(diǎn)，針對(duì)不同崩塌災(zāi)害危險(xiǎn)度等級(jí)區(qū)域，采用被動(dòng)網(wǎng)攔截，搭建輕鋼結(jié)構(gòu)棚洞，并結(jié)合監(jiān)測(cè)預(yù)警進(jìn)行防治。對(duì)于公路沿途村鎮(zhèn)崩塌滾石災(zāi)害相對(duì)集中，建議采用主動(dòng)加固與被動(dòng)防護(hù)相結(jié)合的措施進(jìn)行綜合防護(hù)。

［1］中國(guó)地震局.http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/100342/index. html China Earthquake Administration. http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/100342/index.html

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