浙江省小流域降雨型滑坡特點(diǎn)及機(jī)理研究

郭俊英，朱紅雷

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)土木工程系，浙江 杭州 311300；2.浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310002）

1 問(wèn)題的提出

浙江省是一個(gè) “七山一水二分田”的山區(qū)省份，全省集雨面積在20～100km2的小流域有2000余條。由于獨(dú)特的地理位置，復(fù)雜的地質(zhì)、地形和氣候背景，浙江省成為中國(guó)降雨型滑坡最頻發(fā)的地區(qū)之一。浙江人口密度大，房屋、道路等建筑設(shè)施密集，每年雨季頻繁發(fā)生的滑坡 （泥石流）對(duì)公眾生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)的危害十分嚴(yán)重。據(jù)記載在所發(fā)生的滑坡 （含泥石流和崩塌）中，土體（包括碎屑）滑坡占總數(shù)的74.6% （見(jiàn)圖1）；對(duì)各種因素引發(fā)滑坡的頻度統(tǒng)計(jì) （見(jiàn)圖2）可知，由降雨引發(fā)的滑坡占了滑坡總數(shù)的82.4%，表明在浙江省滑坡的誘發(fā)因素主要是降雨，說(shuō)明研究降雨誘發(fā)滑坡機(jī)制具有重要意義［1］。

圖1 浙江省滑坡類型分布圖

圖2 浙江省不同因素引發(fā)滑坡的頻度分布圖

2 浙江省降雨型滑坡發(fā)育特征

浙江省小流域降雨型滑坡的分布，受降水形態(tài)、地層巖性、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造的控制和制約，尤其是受降水及地形地貌的控制作用明顯，降雨型滑坡的發(fā)育特征呈現(xiàn)出一定的空間及時(shí)間分布規(guī)律。

2.1 空間分布規(guī)律

在浙江省11個(gè)地級(jí)市中，有歷史滑坡分布的有8個(gè)，主要集中在溫州、金華、麗水和杭州4個(gè)地級(jí)市，這4個(gè)地級(jí)市滑坡分布數(shù)量占滑坡總數(shù)量的90%左右。

降雨型滑坡在浙江省各大水系的分布，呈現(xiàn)較為明顯的不均勻性 （見(jiàn)圖3），主要集中在錢塘江水系和甌江水系，其中錢塘江水系滑坡條數(shù)最多，甌江水系次之。但是，在滑坡分布密度方面，甌江水系密度最大，飛云江水系次之，通常分布于水系的上游源頭區(qū)域，靠近下游干流逐漸減少。

2.2 時(shí)間分布規(guī)律

浙江省受梅雨、臺(tái)風(fēng)交替變化的降雨形態(tài)的控制，圖4為浙江省歷史滑坡發(fā)生月份統(tǒng)計(jì)圖。在6、7、8、9四個(gè)月發(fā)生的滑坡的占滑坡總數(shù)的95.4%，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。6、7月為梅雨期峰值，占27%；8、9月為臺(tái)風(fēng)期峰值，占68%。發(fā)生月份最多的為8月，其次為9月份［2］。

圖3 降雨型滑坡在浙江省各大水系的分布圖

3 降雨型滑坡形成機(jī)理

當(dāng)降雨滲入坡體后，土體中基質(zhì)吸力減小甚至完全喪失，孔隙水壓力隨之升高，從而造成土體抗剪強(qiáng)度降低，土體的變形將逐漸增大［3］。隨著孔隙水壓力的進(jìn)一步增加，基巖面附近局部土體出現(xiàn)剪脹，土體孔隙比增大，孔隙水壓力降低；隨著暴雨及地表徑流的入滲，土體中的孔隙水壓力恢復(fù)并增加，土體發(fā)生剪脹破壞，出現(xiàn)張、剪裂隙，并使土體中原有的垂直裂隙、蟲(chóng)孔等擴(kuò)大、擴(kuò)展。當(dāng)入滲雨量足以使剪脹或剪脹破壞土體中孔隙水壓力恢復(fù)時(shí)，斜坡土體繼續(xù)變形。暴雨入滲使裂隙飽水，裂隙中的水分進(jìn)一步向破壞土體快速入滲，土體剪脹破壞區(qū)擴(kuò)展；隨著土體應(yīng)變的進(jìn)一步增大，土體開(kāi)始出現(xiàn)應(yīng)變軟化，在應(yīng)變軟化過(guò)程中，破壞土體中孔隙水壓力增加，甚至部分土體出現(xiàn)液化現(xiàn)象，致使土體中剪應(yīng)力集中并轉(zhuǎn)移到相鄰未被破壞的土體上，使其所受剪應(yīng)力增加并超過(guò)其抗剪強(qiáng)度而破壞，進(jìn)一步擴(kuò)展就使破壞面貫通，土體從源地滑出形成降雨型滑坡。

浙江省地層主要分為以沉積巖為主和以火山巖為主2大地層區(qū)，各區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件決定其形成機(jī)理有所差別。主要從浙江省特殊的地質(zhì)環(huán)境入手，從不同區(qū)塊地質(zhì)體在降雨作用下產(chǎn)生滑坡的機(jī)理進(jìn)行分析。

3.1 浙西北軟硬相間沉積巖滑坡

浙西北沉積碎屑巖和碳酸鹽巖分布廣泛，巖石巖性主要為砂巖、粉砂巖、泥巖和碳酸鹽巖等，巖石多呈塊狀、碎裂狀結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，巖層軟硬相間，巖層厚薄不等，巖石的完整性和抗風(fēng)化能力差異大，力學(xué)強(qiáng)度差異較大，物理和化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈，導(dǎo)致巖體易崩解，形成塊石、碎石和礫砂，形成一定厚度的殘坡積層。巖石巖性導(dǎo)致該區(qū)滑坡以小型殘坡積層土質(zhì)滑坡和巖質(zhì)滑坡為主，而且由于相同的地質(zhì)構(gòu)造，相同的地層巖性條件，適宜的陡峻的坡體地形等相同的觸發(fā)因素，往往使崩塌與滑坡相伴而生，相互誘發(fā)和轉(zhuǎn)化，或者出現(xiàn)巖土體的重力運(yùn)動(dòng)形式介于崩塌式運(yùn)動(dòng)和滑坡式運(yùn)動(dòng)之間的情況，形成滑坡式崩塌或崩塌型滑坡。

其基本原理是雨水滲透使殘坡積層含水基本達(dá)到飽和，巖土侵蝕軟化，抗剪強(qiáng)度迅速降低，增大坡體的自重、靜水壓力和動(dòng)水壓力，由于雨水沿巖石薄弱帶或裂隙下滲，對(duì)裂縫兩側(cè)壁產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力，使滑坡迅速啟動(dòng)。

3.2 浙東南火山巖風(fēng)化殘坡積淺層滑坡

浙東南地區(qū)火山巖廣泛分布，殘坡積厚度一般在1～5 m，殘坡積土和風(fēng)化火山巖的滲透性和儲(chǔ)水能力較下層基巖好，在一定的降雨情況下，很容易達(dá)到自身的儲(chǔ)水能力而飽和，從而造成基質(zhì)吸力的完全破壞，同時(shí)加快孔隙水壓力的降雨響應(yīng)時(shí)間和在一定程度上增大孔隙水壓力［4］。

在較強(qiáng)的降雨情況下，基質(zhì)吸力的破壞速度趨于加快，風(fēng)化殘積層和坡積層內(nèi)部殘余的軟弱夾層以及下伏的中等和輕微風(fēng)化層經(jīng)常構(gòu)成滑動(dòng)面，深度一般不超過(guò)2m。當(dāng)雨強(qiáng)達(dá)到一定程度，基質(zhì)吸力迅速受到破壞，便形成淺層滑坡。

4 小流域內(nèi)降雨型滑坡成災(zāi)特點(diǎn)

由于浙江省特殊的物源條件、降雨條件和地形條件，有其獨(dú)特的形成機(jī)理和成災(zāi)特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為臺(tái)風(fēng)暴雨誘因顯著、突發(fā)性和破壞力強(qiáng)等特征。

4.1 臺(tái)風(fēng)暴雨誘發(fā)因素明顯

浙江省近年來(lái)降雨型滑坡次數(shù)趨多，且災(zāi)情趨重，這與近年來(lái)影響浙江省的臺(tái)風(fēng)暴雨強(qiáng)度大有密切的關(guān)系。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2012年底，發(fā)生在7—9月臺(tái)風(fēng)期的降雨型滑坡地質(zhì)災(zāi)害占統(tǒng)計(jì)降雨型滑坡總數(shù)約85%左右，其中，2004—2007年由于臺(tái)風(fēng)引發(fā)的降雨型滑坡占所有臺(tái)風(fēng)引發(fā)的降雨型滑坡的83%左右。因此，浙江省降雨型滑坡受臺(tái)風(fēng)暴雨誘發(fā)原因顯著，主要受臺(tái)風(fēng)暴雨在時(shí)間及空間分布上的集中性所控制。臺(tái)風(fēng)降雨強(qiáng)度時(shí)段集中，暴雨強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間為幾小時(shí)至幾天，臺(tái)風(fēng)中心經(jīng)過(guò)的地區(qū)常有大暴雨或特大暴雨，持續(xù)降雨使松散體水飽和，而集中強(qiáng)降雨往往破壞了松散體的臨界狀態(tài)，極易引發(fā)降雨型滑坡地質(zhì)災(zāi)害 （見(jiàn)圖5和表1）［2］。

4.2 降雨型滑坡具有突發(fā)性

降雨型滑坡具有突發(fā)性，一方面是客觀上受突發(fā)降水的控制，尤其受梅雨、臺(tái)風(fēng)雨影響下的大暴雨、特大暴雨等極端降水的控制，短歷時(shí)暴雨強(qiáng)度大，使降雨型滑坡暴發(fā)突然，往往在短時(shí)間內(nèi)便形成巨大的災(zāi)害 （見(jiàn)圖6）。另一方面，由于流域內(nèi)植被較好，一些滑坡發(fā)生前的征兆難以發(fā)現(xiàn)或本身征兆不明顯，使小型滑坡、崩塌等災(zāi)害具有極強(qiáng)的隱蔽性，而且區(qū)內(nèi)降雨頻繁，歷史上大暴雨常有，但未發(fā)生過(guò)滑坡類災(zāi)害，沒(méi)考慮到滑坡的潛在危害，這種無(wú)意識(shí)間發(fā)生的災(zāi)害往往在主觀上有突如其來(lái)的感覺(jué)，因此，在人們看來(lái)，滑坡似乎在沒(méi)有任何征兆的情況下暴發(fā)。

圖4 浙江省歷史降雨型滑坡發(fā)生月份分布圖

圖5 浙江省歷年大降雨及引發(fā)的滑坡數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

表1 浙江省歷年來(lái)較大降雨引發(fā)的滑坡次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖6 引發(fā)滑坡的降雨強(qiáng)度—?dú)v時(shí)關(guān)系圖

4.3 破壞性強(qiáng)、損失大

降雨型滑坡的結(jié)果往往是破壞性強(qiáng)，損失大。

（1）當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)滑坡災(zāi)害的防范意識(shí)淡漠，在危險(xiǎn)區(qū)建房，岸坡耕種，擠占河道等，這種隱蔽性滑坡往往能突如其來(lái)地造成更大災(zāi)難性后果。如表1中1996年8號(hào)臺(tái)風(fēng)造成的損失。

（2）降雨型滑坡多發(fā)是造成災(zāi)害損失大的另一個(gè)原因。如果救災(zāi)防御體系不完善，集中暴發(fā)的滑坡，往往使應(yīng)急救災(zāi)顧此失彼，本應(yīng)能減小災(zāi)害損失的卻沒(méi)有達(dá)到效果。如表1中2004年 “云娜”和2005年 “泰利”臺(tái)風(fēng)引起的群發(fā)性滑坡造成的損失。

（3）突發(fā)性及夜發(fā)性往往使人們來(lái)不及防范，造成更大的災(zāi)害損失。當(dāng)夜間或凌晨暴發(fā)滑坡時(shí)，人們都在屋內(nèi)休息，對(duì)外界信息的感知力降低，反應(yīng)遲鈍，因此夜間暴發(fā)的滑坡往往比白天造成更大人員傷亡。如表1中2004年“云娜”和2006年 “桑美”臺(tái)風(fēng)引起的滑坡都是凌晨發(fā)生，損失慘重。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）降雨型滑坡空間分布主要集中在錢塘江水系和甌江水系，通常分布于水系的上游源頭區(qū)域，靠近下游干流逐漸減少；時(shí)間分布上主要集中在6、7、8、9四個(gè)月內(nèi)。

（2）浙江省小流域降雨型滑坡的機(jī)理，以不同的地質(zhì)環(huán)境條件區(qū)別開(kāi)來(lái)。浙西北軟硬相間沉積巖滑坡是雨水滲透使殘坡積層含水基本達(dá)到飽和，巖土侵蝕軟化，抗剪強(qiáng)度迅速降低，增大坡體的自重、靜水壓力和動(dòng)水壓力，使滑坡迅速啟動(dòng)；浙東南火山巖風(fēng)化殘坡積淺層滑坡，在強(qiáng)的降雨情況下，基質(zhì)吸力的破壞速度趨于加快，風(fēng)化殘積層和坡積層內(nèi)部殘余的軟弱夾層以及下伏的中等和輕微風(fēng)化層經(jīng)常構(gòu)成滑動(dòng)面，當(dāng)雨強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)，基質(zhì)吸力迅速受到破壞，淺層滑坡便形成。

（3）成災(zāi)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為臺(tái)風(fēng)暴雨誘因顯著、突發(fā)性和破壞力強(qiáng)等特征。

［1］李長(zhǎng)江，麻土華，朱興盛.降雨型滑坡預(yù)報(bào)的理論、方法及應(yīng)用 ［M］.北京：地質(zhì)出版社，2008：126－132.

［2］麻土華，孫樂(lè)玲，李煒，等.浙江滑坡類型、成因和環(huán)境控制因素與影響因素 ［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào) ，2010，21（3）：17－23.

［3］謝守益，徐衛(wèi)亞.降雨誘發(fā)滑坡機(jī)制研究 ［J］.武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32 （1）：21－23.

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［5］張業(yè)成，張梁.中國(guó)崩塌、滑坡、泥石流成災(zāi)特點(diǎn)與減災(zāi)對(duì)策［J］.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1994，5 （4）：48－51.