白龍江流域坪定-化馬斷裂帶滑坡特征及其形成演化

楊為民，黃 曉，張春山，司海寶

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081 2.安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243012

白龍江流域坪定-化馬斷裂帶滑坡特征及其形成演化

楊為民1，黃 曉1，張春山1，司海寶2

1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081 2.安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243012

沿坪定-化馬斷裂帶發(fā)育數(shù)個(gè)大型或巨型滑坡。這些斷裂帶滑坡特點(diǎn)明顯，成因類似，各滑坡一般發(fā)育多個(gè)次級滑坡體，滑坡巖土體由次生黃土、斷裂帶強(qiáng)風(fēng)化帶、斷裂破碎帶組成，具雙層或三層結(jié)構(gòu)?；驴傮w順斷裂走向下滑，歷史上曾多次活動(dòng)。近年來變形監(jiān)測資料表明，斷裂帶滑坡目前處于勻速蠕變階段，表現(xiàn)為蠕滑→拉裂(塑流拉裂)→次級滑坡體啟動(dòng)下滑的特征。它是在斷裂活動(dòng)、地震、降雨、人類工程活動(dòng)等內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下形成的，坪定-化馬斷裂的長期活動(dòng)為滑坡形成提供了前提條件，斷裂帶的巖土體性質(zhì)是滑坡長期活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而降雨、地震、坡腳開挖等是滑坡體失穩(wěn)下滑的主要誘發(fā)因素。因而，有必要進(jìn)一步研究斷裂帶滑坡在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下的成災(zāi)機(jī)理，為滑坡災(zāi)害防治預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

白龍江；坪定-化馬活動(dòng)斷裂；斷裂帶滑坡；蠕滑；降雨；地震

近兩年，在甘肅南部開展白龍江流域主要活動(dòng)斷裂與災(zāi)害效應(yīng)研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)沿光蓋山-迭山斷裂、迭部-白龍江斷裂帶發(fā)育大量滑坡；特別是在光蓋山-迭山南麓斷裂的分支斷裂即坪定-化馬斷裂帶中，發(fā)育多個(gè)大型-巨型滑坡。這些滑坡特點(diǎn)明顯，成因類似，是一種特殊類型的滑坡，被稱為“斷裂帶滑坡”。斷裂帶滑坡指的是沿?cái)嗔褞Оl(fā)育分布的、滑動(dòng)方向與斷裂走向基本一致的滑坡，且滑坡的形成受斷裂構(gòu)造、斷裂活動(dòng)所控制。

斷裂構(gòu)造與大型滑坡的關(guān)系一直受到國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注[1-3]：S.J. Martel[4]論述了先存地質(zhì)構(gòu)造對滑坡形成和發(fā)展的重要影響；黃潤秋等[5]提出河谷岸坡附近的斷裂對谷坡應(yīng)力的傳遞有明顯的阻隔和分異作用；居恢揚(yáng)[6]認(rèn)為斷裂構(gòu)造是控制滑坡形成與發(fā)展的基本因素，滑坡的分布發(fā)育與斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)、受力特征等有關(guān)；李曉等[7]研究了三峽庫區(qū)大型滑坡分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，認(rèn)為地殼抬升、斷裂活動(dòng)、地震等內(nèi)動(dòng)力作用直接或間接影響著滑坡的形成和演化。汶川地震后，活動(dòng)斷裂與滑坡的關(guān)系成了眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)：許強(qiáng)等[8]認(rèn)為絕大多數(shù)巨型-大型滑坡緊鄰斷裂上盤發(fā)育，斷裂錯(cuò)斷方式對滑坡滑動(dòng)方向具有較大影響；吳樹仁等[9]對汶川地震極端滑坡事件進(jìn)行了調(diào)查和統(tǒng)計(jì)研究，提出極端滑坡事件絕大部分與地震斷裂活動(dòng)有關(guān)；張永雙等[10]通過汶川Ms8.0 級地震活動(dòng)斷裂和大型滑坡調(diào)查，總結(jié)了活動(dòng)斷裂帶大型地震滑坡的分布特征、形態(tài)特征、啟動(dòng)特征和分段特征及其相關(guān)影響因素；吳瑋江等[11-13]通過對甘肅滑坡災(zāi)害和甘肅東部地區(qū)構(gòu)造體系的研究，認(rèn)為構(gòu)造不同程度地控制了滑坡的發(fā)育程度和分布規(guī)律。上述文獻(xiàn)對斷裂與滑坡的關(guān)系、斷裂帶滑坡的特征作了較多研究，而較少涉及這種類型滑坡的形成機(jī)理和成災(zāi)模式。筆者依據(jù)野外詳細(xì)調(diào)查和滑坡變形監(jiān)測資料，深入剖析坪定-化馬斷裂帶滑坡特征，探討其變形破壞機(jī)理和形成演化過程，以期為斷裂帶滑坡的防治預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。

1 坪定-化馬斷裂及斷裂帶滑坡分布

甘肅南部白龍江流域活動(dòng)斷裂發(fā)育，主要有光蓋山-迭山北麓斷裂、光蓋山-迭山南麓斷裂、迭部-白龍江斷裂等。受區(qū)域構(gòu)造作用的控制，這些斷裂空間展布近于一致，即走向NWW-EW，傾向NNE-N，傾角變化較大。

坪定-化馬斷裂系光蓋山-迭山南麓斷裂的分支斷裂，該斷裂西起九原，經(jīng)坪定南靖邊、舟曲縣城西向東至中牌、化馬一帶，東延至勵(lì)志壩，總體走向300°～310°，傾向NE，舟曲縣城東至大川北一帶，斷裂走向漸變?yōu)榻麰W向，再向東至中牌，斷裂走向70°～80°，化馬以東斷裂走向又轉(zhuǎn)向310°。斷裂上盤為中泥盆統(tǒng)古道嶺組上段(D2g2)板巖、千枚巖、砂巖，夾薄層灰?guī)r；下盤為下石炭統(tǒng)和中、上石炭統(tǒng)中厚層狀灰?guī)r，中夾炭質(zhì)千枚巖、千枚巖、板巖等，石炭系產(chǎn)狀紊亂。從區(qū)域構(gòu)造上看，C1、C2+3均為光蓋山-迭山南麓斷裂帶中斷夾塊。該斷裂破碎帶寬500～1 500 m，由兩條次級分支斷層組成，帶內(nèi)斷層泥、斷層構(gòu)造巖發(fā)育，局部可見泉水出露。據(jù)現(xiàn)有研究成果[14]，坪定-化馬斷裂為逆沖左旋活動(dòng)斷裂。

野外現(xiàn)場調(diào)查和縣市地質(zhì)災(zāi)害區(qū)劃報(bào)告表明，自坪定西南至化馬，沿坪定-化馬斷裂帶自西向東依次發(fā)育有武灘山滑坡、靖邊滑坡、鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、貞節(jié)滑坡、石家山滑坡、中牌滑坡、毛家滑坡、謝家滑坡、化馬滑坡等斷裂帶滑坡(圖1)，這些滑坡發(fā)育于斷裂帶中，其主滑方向與斷裂走向近一致。顯然，坪定-化馬斷裂控制了這些滑坡的形成。

2 斷裂帶滑坡基本特征

上述斷裂帶滑坡特征明顯，依據(jù)野外調(diào)查和測繪，將斷裂帶各滑坡的基本特征總結(jié)如下(表1)。

1.全新統(tǒng)；2.中、上更新統(tǒng)；3.中二疊統(tǒng)；4.下二疊統(tǒng)；5.下石炭統(tǒng)；6.上泥盆統(tǒng)鐵山組；7.中泥盆統(tǒng)古道嶺組上段；8. 古道嶺組下段；9.中-上志留統(tǒng)白龍江群上段；10.白龍江群中段；11.白龍江群下段;12.斷裂；13.泥石流；14.滑坡；15.河流；16.三疊統(tǒng)。圖1 坪定-化馬斷裂帶滑坡發(fā)育分布圖Fig.1 Distribution of landslides in Pingding-Huama fault zone

表1 坪定-化馬斷裂帶滑坡基本特征一覽表

1.次生黃土；2.碎石土；3.頁巖；4.千枚巖、板巖；5.泥巖；6.灰?guī)r透鏡體；7.斷層泥；8.碎裂巖；9.構(gòu)造角礫巖；10.滑面;S313.省道。圖2 泄流坡滑坡剖面圖Fig.2 Profile graph of Xieliupo landslide

2.1 形態(tài)規(guī)模

斷裂帶滑坡多沿?cái)嗔炎呦蛘共迹麦w在平面上多表現(xiàn)為狹長的舌形、葫蘆形、不規(guī)則形等，滑坡體長達(dá)數(shù)百米至數(shù)千米，寬達(dá)數(shù)百米，長寬比為2.7～10.6。這種滑坡沿區(qū)域性活動(dòng)斷裂發(fā)育，一般為大型或巨型滑坡，滑坡體體積均在1×106m3以上，多數(shù)超過1×107m3?；略诘孛采隙喑拾疾蹱?，其坡體表面坡度為9°～19°。

與常見的滑坡形態(tài)不同，斷裂帶滑坡一般不具備圈椅狀地貌，即其后壁陡坎不發(fā)育，而滑坡側(cè)壁(側(cè)邊界)較清楚，常以次級沖溝或次級斷層面為界，坪定-化馬斷裂或次級分支斷裂構(gòu)成這些滑坡的側(cè)邊界。

2.2 滑坡體

滑坡體在剖面上多具雙層或三層結(jié)構(gòu)：雙層結(jié)構(gòu)指滑坡體由斷裂破碎帶強(qiáng)-中風(fēng)化巖土體及上覆的次生黃土組成；而三層結(jié)構(gòu)指滑坡體由次生黃土、斷裂破碎帶強(qiáng)-中風(fēng)化帶、未風(fēng)化破碎帶組成。從滑坡體的物質(zhì)組成來看，斷裂帶滑坡與松散堆積層滑坡體相似。

斷裂帶滑坡體一般由多個(gè)小滑坡體組成，即這種滑坡非一次性整體下滑形成，而是由多次、多級滑坡體反復(fù)活動(dòng)所致(圖2)。如泄流坡滑坡自上而下依次為白家山滑坡、黑山嘴滑坡、中部平臺(tái)滑坡、西南側(cè)滑坡等。又如鎖兒頭滑坡可分為上、中、下3段，上段為亞頭滑坡，中段為李家溝滑坡，下段為鎖兒頭村滑坡。

2.3 滑動(dòng)面(帶)

在對鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、謝家滑坡等斷裂帶滑坡調(diào)查和勘察時(shí)，當(dāng)鉆孔鉆至斷裂帶弱風(fēng)化帶或新鮮基巖時(shí)，孔內(nèi)未發(fā)現(xiàn)完整的滑動(dòng)面，僅在鉆孔不同部位見疑似滑動(dòng)面(或滑動(dòng)帶)。圖3為泄流坡滑坡鉆孔柱狀圖。其中：④、⑧、○12層巖性為灰黑色、黑色炭質(zhì)板巖角礫或碎塊，為坪定-化馬斷裂破碎帶巖石；④、⑧層間為碎石土和含礫粉土，說明斷裂破碎帶巖石經(jīng)滑體下滑后，而被卷入滑坡體內(nèi)。

鉆進(jìn)時(shí)，在孔深18.0～22.0 m段粉土、粉質(zhì)黏土層內(nèi)，鉆孔曾發(fā)生縮徑，土層變形較強(qiáng)烈，但未發(fā)現(xiàn)土層中有明顯的滑動(dòng)面;推斷在18.0～22.0 m段可能存在次級滑動(dòng)面。從孔深60.0 m至終孔99.8 m，鉆進(jìn)難度加大，每天進(jìn)尺1.0～2.0 m;表明60.0 m以下巖土體密實(shí)度大，這反映了60.0 m以下坡體尚未發(fā)生重新滑動(dòng)。73.2～82.3 m為灰、灰黑、灰黃色碎石土，實(shí)為坪定-化馬斷裂帶強(qiáng)風(fēng)化帶產(chǎn)物。其下為弱風(fēng)化的斷裂帶板巖、千枚巖。

整個(gè)鉆進(jìn)過程中孔內(nèi)基本無水，僅在孔深56.0～58.0 m發(fā)現(xiàn)鉆孔出水，但出水很快消失，推測可能為滑坡體上裂隙帶殘留水。這說明滑坡巖土體本身不能儲(chǔ)水，僅在降雨時(shí)水入滲至滑體。

圖3 泄流坡滑坡體下部鉆孔柱狀圖(據(jù)甘肅省環(huán)境監(jiān)測站鉆孔巖心編錄)Fig.3 Bore hole columnar section drilling in Xieliupo lower landslide

自孔口至終孔，整個(gè)巖心未發(fā)現(xiàn)明顯的滑動(dòng)面，說明泄流坡滑坡目前尚未形成完整統(tǒng)一的滑動(dòng)帶或者滑動(dòng)面?；聠?dòng)是由于降雨致使坡體松散堆積物(次生黃土、斷層破碎帶、強(qiáng)風(fēng)化帶)飽水，強(qiáng)度降低，在重力作用下坡體失穩(wěn)下滑。

滑坡體后緣次級滑坡主滑面一般與斷裂面或伴生的節(jié)理面、裂隙面有關(guān)，主滑面一般沿次級結(jié)構(gòu)面發(fā)生。而次級滑坡主滑面不規(guī)則，滑坡沿混雜堆積巖土體中最危險(xiǎn)滑動(dòng)面發(fā)生下滑。

2.4 滑床

當(dāng)滑坡體受斷層面限制時(shí)，滑床為坪定-化馬斷裂下盤石炭系灰?guī)r；當(dāng)滑坡體不受斷層面限制時(shí)，則滑床既包括斷裂下盤巖體，也包括部分?jǐn)嗔哑扑閹r石。泄流坡滑坡、鎖兒頭滑坡、毛家滑坡、中牌滑坡等均受坪定-化馬斷裂限制，滑床為弱風(fēng)化的斷裂構(gòu)造巖。

3 斷裂帶滑坡變形破壞機(jī)制

目前，沿坪定-化馬斷裂帶發(fā)育的武家灘滑坡、鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、石家山滑坡、中牌滑坡、毛家滑坡、謝家滑坡均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡體變形明顯。其中，鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、毛家滑坡前緣沖入白龍江或岷江，滑坡體變形強(qiáng)烈。

3.1 斷裂帶滑坡變形破壞方式

斷裂帶滑坡巖土體以次生黃土、斷裂破碎帶風(fēng)化巖體以及二者混雜體組成，滑坡體中多發(fā)育與滑動(dòng)方向垂直的拉裂縫，以及與主滑方向近一致的剪張裂縫?；麦w沿?cái)嗔褞е性熊浫踅Y(jié)構(gòu)面(次級小斷層或伴生節(jié)理、裂隙等)或潛在剪切面發(fā)生蠕滑。滑坡自滑動(dòng)至停歇時(shí)，在平面上常呈舌形，顯示了滑坡體蠕滑變形的特點(diǎn)。在遭受降雨入滲飽和后，滑坡巖土體可向坡體下部發(fā)生塑性流動(dòng)，外貌上形似“泥石流”，呈“流體”狀態(tài)，它是一種在蠕滑-拉裂的基礎(chǔ)上發(fā)生的土(石)流，是一種速度不太大的塑性黏滯流。滑坡變形破壞方式表現(xiàn)為蠕滑-拉裂-土(石)流(或整體下滑)。

3.2 斷裂帶滑坡體變形特征

鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、毛家滑坡、謝家滑坡下部平臺(tái)為居民點(diǎn)或S313省道通過處，由于滑坡體變形強(qiáng)烈，對坡體上居民安全和公路交通產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅。因此，自1991年以來，甘肅省環(huán)境監(jiān)測站和舟曲縣國土局采用降水量觀測、地表位移觀測、裂縫觀測等多種方法，相繼對鎖兒頭滑坡和泄流坡滑坡的滑坡體地表變形、裂縫擴(kuò)展進(jìn)行了監(jiān)測，取得滑坡體變形的觀測資料。由鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡部分年份的變形監(jiān)測資料分析可知，斷裂帶滑坡變形具有以下特點(diǎn)。

1)滑坡體表面水平位移量大，裂縫發(fā)展快

1991年5月在泄流坡滑坡體始設(shè)水平位移監(jiān)測樁1#-13#：滑坡體上部設(shè)1#-4#樁，中部設(shè)5#-7#，下部設(shè)8#-13#；滑體裂縫監(jiān)測樁1#-6#：滑坡體上部設(shè)1#-2#樁，中部設(shè)3#-4#，下部設(shè)5#-6#。其中，水平位移監(jiān)測樁1#-3#于2003年損壞，6#、9#、13#于2004年相繼損壞。

鎖兒頭滑坡設(shè)置水平位移監(jiān)測樁1#-17#；滑體裂縫監(jiān)測樁1#-7#：滑坡體上部設(shè)1#-2#樁，中部設(shè)3#-4#，下部設(shè)5#-7#。其中，水平位移監(jiān)測樁至2003-2004年多數(shù)損壞。其后，2005年又新建水平位移監(jiān)測樁1#-8#：滑坡體上部設(shè)1#-2#樁，中部設(shè)3#-5#，下部設(shè)6#-8#。

由泄流坡滑坡和鎖兒頭滑坡2007-2009年滑坡表面水平位移變化監(jiān)測曲線(圖4)可知:兩斷裂帶滑坡月變形量大，各月變形量規(guī)律性不明顯，泄流坡滑坡變形量為20～850 mm/月，多為50～400 mm/月；鎖兒頭滑坡變形量為0～160 mm/月，多為40～100 mm/月。

a.2007-2009年泄流坡滑坡；b.2008-2009年鎖兒頭滑坡。圖4是根據(jù)實(shí)際觀測數(shù)據(jù)繪制的,觀測日期間隔不平均。圖4a中2條點(diǎn)劃線對應(yīng)日期分別為2008年5月(上)和2008年4月(下)。圖4 斷裂帶滑坡監(jiān)測樁水平位移曲線Fig.4 Horizontal displacement curves of landslide monitoring piles

比較滑坡體上不同部位的變形量大小可以看出，斷裂帶滑坡體變形量在滑坡體各部位表現(xiàn)不一，呈現(xiàn)出上部大、下部小的變化規(guī)律。如圖4a所示：泄流坡滑坡2#樁位于滑坡體上部，變形量最大；5#樁位于滑坡體中部，變形量次之；8#樁位于滑坡體下部，變形量最小。圖4b鎖兒頭滑坡的監(jiān)測結(jié)果也與此基本一致。這說明在特定的環(huán)境地質(zhì)條件下，坪定-化馬斷裂帶滑坡處于一種滑體上推下移的狀態(tài)，即滑坡體下滑呈現(xiàn)推移式變形模式，這可能與坪定-化馬斷裂一直處于活動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。陳長云等[14]利用橫跨活動(dòng)斷裂的GPS觀測數(shù)據(jù)獲得巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂的現(xiàn)今滑動(dòng)速率及運(yùn)動(dòng)特征，其中：光蓋頭-迭山斷裂為左旋走滑運(yùn)動(dòng)兼有擠壓的特征，走滑速率為1.4 mm/a；垂直于斷層方面表現(xiàn)為擠壓特征，擠壓速率為3.7 mm/a。坪定-化馬斷裂的現(xiàn)今活動(dòng)為滑坡的發(fā)展演化提供了內(nèi)動(dòng)力條件。

a.2007-2009年泄流坡滑坡；b.2008-2009年鎖兒頭滑坡。圖5 斷裂帶滑坡體裂縫監(jiān)測樁位移累積曲線Fig.5 Displacement cumulative curve of landslide fissure monitoring piles

滑坡體上拉裂縫的變化(圖5)也顯示了相似的特點(diǎn)，即滑坡體上部裂縫(1#)擴(kuò)展量大，下部裂縫(5#)擴(kuò)展量小。裂縫位移累積曲線還顯示了裂縫變化呈階段性變化，裂縫位移量隨時(shí)間增長而加大；但當(dāng)裂縫拉張到一定程度后，位移量會(huì)陡增，致使累積曲線呈臺(tái)階狀變化。這與實(shí)際情況也是相符的，滑坡體上的裂縫由產(chǎn)生到拉張到一定程度后，裂縫兩側(cè)巖土體會(huì)發(fā)生垮塌變形，測得的變形量就會(huì)陡增。

2)滑坡體變形既表現(xiàn)為推移式滑坡，又表現(xiàn)為牽引式滑坡

滑坡體每次滑動(dòng)范圍雖不盡相同，但各滑坡上發(fā)育的次級滑坡體滑動(dòng)時(shí)一般表現(xiàn)為前緣先滑動(dòng)，且規(guī)模較小，其后逐漸向后部發(fā)展的特點(diǎn)，具有牽引式滑坡的特點(diǎn)。如1963年9月12日-14日，泄流坡滑坡下部次級滑坡體前緣首先開始緩慢滑動(dòng)，并逐漸向滑體中部發(fā)展。9月30日滑坡下部的S313公路完全破壞，10月2日滑舌沖入白龍江，至10月15日滑體前部已滑動(dòng)101 m，實(shí)測最大滑速為19.5 m/d，10月底滑坡基本趨于穩(wěn)定。此次滑坡下部次級滑坡的后緣滑動(dòng)距離約300 m，中部約200 m，前緣約150 m，導(dǎo)致主滑坡中部出現(xiàn)三級反坡臺(tái)地，表現(xiàn)為明顯的牽引式滑坡特點(diǎn)。

3)斷裂帶滑坡變形總體表現(xiàn)為蠕滑變形的特點(diǎn)

斷裂帶滑坡監(jiān)測樁水平位移累積曲線(圖6)表明，滑坡體上各點(diǎn)水平位移與時(shí)間基本呈線性變化關(guān)系，即隨著時(shí)間增長，滑坡體水平位移呈線性增大，表明泄流坡滑坡、鎖兒頭滑坡體目前處于勻速蠕滑變形階段。

a.2007-2009年泄流坡滑坡；b.2008-2009年鎖兒頭滑坡。圖6 斷裂帶滑坡監(jiān)測樁水平位移累積曲線Fig.6 Horizontal displacement cumulative curves of landslide monitoring piles

一般來說，巖土體的蠕變可以分為減速蠕變、等速蠕變、加速蠕變3個(gè)階段[15]。從坪定-化馬斷裂帶滑坡變形發(fā)展情況來看，斷裂帶滑坡群各滑坡均經(jīng)歷了蠕變第一階段，即減速蠕變，目前各滑坡多處于等速蠕變階段。若遇地震、強(qiáng)降雨或連陰雨，鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡、毛家滑坡、中牌滑坡等有可能會(huì)發(fā)生加速蠕變，即滑坡體變形隨時(shí)間逐漸增長，達(dá)到某一階段變形速率急劇增加，最后導(dǎo)致滑體整體失穩(wěn)或局部失穩(wěn)下滑。

3.3 斷裂帶滑坡變形歷史

斷裂帶滑坡多為古(老)滑坡新活動(dòng)，全新世以來滑坡多次復(fù)活下滑。自20世紀(jì)初至今，泄流坡滑坡體下滑沖入白龍江，造成較大災(zāi)害的滑動(dòng)就有9次，發(fā)生的時(shí)間分別為1904年、1907年、1922年9月、1931年、1949年(農(nóng)歷十月初一)、1961年10月4日、1963年9月12日、1981年4月及2012年6月。1981年2月8日，泄流坡滑坡上部北側(cè)白家山滑坡開始啟動(dòng)下滑，之后滑速減慢，至4月4日又明顯加快，平均滑速達(dá)30 m/d；4月9日凌晨3時(shí)，上部南側(cè)黑山嘴滑坡發(fā)生滑動(dòng)，其前緣陡坎處的次級小滑坡群活動(dòng)尤為劇烈，滑速為3～5 m/d，沿滑動(dòng)方向，滑體厚度由近100 m逐漸增加到200 m；白家山滑坡體與黑山嘴滑坡體的大量土體堆積在下段滑體上，從而又促發(fā)了下部滑體的滑動(dòng)，顯示滑坡呈現(xiàn)推移式下滑；4月9日上午9時(shí)滑體下部S313公路開始變形，下午交通中斷，滑體下滑堵塞白龍江。2012年6月，舟曲境內(nèi)連續(xù)降雨，導(dǎo)致白家山滑坡體、東南側(cè)小滑坡體重新復(fù)活下滑；鎖兒頭滑坡、毛家滑坡等也表現(xiàn)了相似的變形特點(diǎn)。這說明斷裂帶滑坡自形成至今，經(jīng)歷了多次復(fù)活滑動(dòng)，而且長期呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 斷裂帶滑坡的形成機(jī)理及演化

坪定-化馬斷裂帶發(fā)育的滑坡是在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下發(fā)生的，它既受斷裂本身及斷裂活動(dòng)控制，又受地震、降雨、人類工程活動(dòng)等因素誘發(fā)。

4.1 斷裂帶滑坡體的形成機(jī)理

4.1.1 斷裂帶及其活動(dòng)性為滑坡形成發(fā)育提供了初始條件

坪定-化馬斷裂破碎帶寬度大，可劃分為斷層泥帶、斷層角礫巖帶及上下盤碎裂巖帶，斷裂帶內(nèi)夾構(gòu)造透鏡體或斷夾塊。其中：斷層泥呈灰黑、黑色，含炭質(zhì)、泥質(zhì)，遇水極易泥化，強(qiáng)度迅速降低；斷層角礫巖帶由搓碎的千枚巖、板巖、砂巖、灰?guī)r角礫等組成，裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)松散，極易風(fēng)化；構(gòu)造透鏡體由較強(qiáng)硬巖層如變砂巖、灰?guī)r、白云巖組成，較難風(fēng)化，常構(gòu)成斷層破碎帶內(nèi)相對正地形?？梢姡憾?化馬斷裂帶巖土體組成、結(jié)構(gòu)不均一，它既有軟弱易變形的斷層泥、斷層角礫，也有相對堅(jiān)硬而風(fēng)化的斷夾塊。

斷裂破碎帶風(fēng)化作用強(qiáng)烈，特別是斷層泥和斷層角礫巖強(qiáng)風(fēng)化帶呈碎石土狀，當(dāng)受滑坡上部次級滑坡體堆載、坡體上次生黃土堆積上覆壓力作用后，以及斷裂本身的現(xiàn)今左旋滑移，斷裂破碎帶強(qiáng)風(fēng)化帶會(huì)發(fā)生向坡體下方的塑性流動(dòng)，從而導(dǎo)致上覆次生黃土層、或次級滑坡體的再次拉裂、解體和不均勻沉陷。由于破碎帶的深層蠕變[16]，滑坡啟動(dòng)下滑時(shí)表現(xiàn)為緩慢的蠕變，未形成統(tǒng)一完整的滑面；當(dāng)滑坡大規(guī)模下滑時(shí)滑面形成，但滑面往往由多個(gè)次級滑面組成。斷裂破碎帶的塑性流動(dòng)和現(xiàn)今活動(dòng)是滑坡形成的初始誘發(fā)條件。

在坡體變形失穩(wěn)過程中，軟弱巖土體對滑坡形成起促進(jìn)作用，而堅(jiān)硬的斷夾塊則對坡體下滑起阻擋作用，相當(dāng)于擋土墻。若斷夾塊規(guī)模大，且延伸至斷裂帶深部，則此處斷裂帶坡體相對穩(wěn)定。這也是斷裂帶滑坡發(fā)育多個(gè)大小不一的次級滑坡的原因之一。

位于斷裂破碎帶上下盤的碎裂巖帶則分別為變砂巖、板巖、灰?guī)r碎裂巖等，帶內(nèi)次生斷裂、節(jié)理、裂隙發(fā)育，在破碎帶兩側(cè)形成了正地形地貌，受次生斷層、節(jié)理裂隙的控制，在斷裂帶滑坡兩側(cè)常發(fā)育次級滑坡。如泄流坡滑坡后緣，發(fā)育于斷裂北側(cè)的白家山滑坡與發(fā)育于南側(cè)的黑山嘴滑坡兩個(gè)次級滑坡體下滑后堆積于泄流坡滑坡的上部，對泄流坡中下部滑坡體產(chǎn)生堆載下推作用，從而加劇了泄流坡滑坡的失穩(wěn)。

4.1.2 地震對滑坡體變形失穩(wěn)起促進(jìn)作用

斷裂帶滑坡體受地震影響后，其應(yīng)變水平會(huì)增加。圖4a顯示了泄流坡滑坡在2008年汶川地震前后滑坡體變形量大小?？梢钥闯觯夯麦w變形在地震前后的4月份至7月份，震后滑坡變形量明顯比震前增加了；特別是2#樁由震前的280 mm/月(2008年4月)、350 mm/月(2008年5月)增加到震后的800 mm/月(2008年6月)，到2009年1月滑坡體變形量仍達(dá)850 mm/月。這說明滑坡受地震作用后，坡體變形增大將會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，反映了斷裂帶滑坡變形具有滯后效應(yīng)的特點(diǎn)；并且，2008年4月至7月滑坡變形量明顯大于比2007年和2009年同期變形量。鎖兒頭滑坡變形也顯示了相似的特點(diǎn)(圖4b)，2008年4月至7月的滑坡體變形量也略大于2009年4月至7月的變形量。在1961年9月下旬，舟曲縣境內(nèi)發(fā)生一次小地震，震后幾天泄流坡滑坡發(fā)生下滑：10月4日滑速加快；7日中斷公路；8日滑舌沖入白龍江；13日白龍江被堵斷流。

4.1.3 降雨是斷裂帶滑坡現(xiàn)今變形加速失穩(wěn)的主導(dǎo)因素

由泄流坡滑坡部分年份降雨量與滑坡體變形速率變化圖(圖7)可見，滑坡體全年日均水平位移量與年降雨量之間有較好的相關(guān)性：當(dāng)降雨量大時(shí)，日均位移量大；而降雨量小的年份，日均位移量亦小。2006-2009年連續(xù)4年的觀測數(shù)據(jù)還表明，相對于降雨來說，滑坡體變形存在著滯后效應(yīng)。這說明當(dāng)降雨量不足以使滑坡體失穩(wěn)下滑時(shí)，滑坡體變形量滯后于降雨，每一周期降雨后一段時(shí)間，滑坡體變形仍在持續(xù)。

圖7 泄流坡滑坡體變形速率與降雨關(guān)系Fig.7 Relationship between deformation rate of Xieliupo landslide and rainfall

斷裂帶滑坡體巖體破碎，結(jié)構(gòu)松散，雨水入滲使滑坡巖土體含水量增加，當(dāng)水滲入到滑體下伏不透水層時(shí)，滑動(dòng)帶飽和，滑體和滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度降低；隨著降雨持續(xù)，滑坡體飽和，地下水位增高，滑坡體動(dòng)水壓力和靜水壓力增大，水對坡體產(chǎn)生向下的滲透力，且?guī)r土重量增大，滑體下滑力增大，促使滑坡失穩(wěn)下滑。

此外，人類工程活動(dòng)也是斷裂帶滑坡失穩(wěn)的誘發(fā)因素之一[17]。在鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡的下部修建的S313省道，毛家滑坡、中牌滑坡修建的自化馬至中牌的公路等都不同程度地對滑坡體巖土體產(chǎn)生了擾動(dòng)，人為形成了次一級臨空面，致使滑坡體應(yīng)力狀態(tài)改變，坡體失穩(wěn)。

4.2 斷裂帶滑坡體成災(zāi)地質(zhì)模式和形成演化

依據(jù)斷裂帶滑坡特征和變形發(fā)展特點(diǎn)，斷裂帶滑坡的成災(zāi)地質(zhì)模型可概化成如圖8所示的模型，其形成演化過程大致劃分為以下4個(gè)階段。

圖8 坪定-化馬斷裂帶滑坡的成災(zāi)地質(zhì)模型Fig.8 Geological model of landslide hazard formation in Pingding-Huama fault zone

1)斷裂帶構(gòu)造地貌形成期。坪定-化馬斷裂形成于印支期，其后經(jīng)燕山期和喜山期，斷裂復(fù)活改造，至第四紀(jì)初期，甘肅南部白龍江流域地殼總體處于抬升，此時(shí)河谷深切，斜坡巖體遭風(fēng)化剝蝕。由于斷裂破碎帶巖體破碎，易風(fēng)化，形成凹槽狀構(gòu)造地貌。

2)斷裂帶接受Q3黃土沉積期。晚更新世，斷裂帶凹槽內(nèi)接受更新世黃土沉積，直接披覆于斷裂破碎帶巖土體上。

3)地殼抬升斷裂帶滑坡形成期。全新世以來，本區(qū)地殼總體表現(xiàn)抬升，河谷下切，斜坡體坡度增大，坡腳遭受江水侵蝕，形成高陡臨空面，再加上坪定-化馬斷裂帶的新活動(dòng)，導(dǎo)致斜坡體上新沉積黃土與強(qiáng)風(fēng)化斷裂破碎帶發(fā)生蠕滑變形。此時(shí)，白龍江(或次級支流)河水沖刷坡腳，坡體失穩(wěn)下滑。

4)滑坡體擴(kuò)展期。在斷裂帶兩側(cè)，局部巖體(斷層上下盤巖體)向斷裂帶方向滑動(dòng)，形成次級滑坡體，堆積于滑坡體后緣及上部?；麦w受到推擠加載作用，進(jìn)一步加劇了坡體下滑的趨勢。

5 結(jié)論

1)斷裂帶滑坡一般為大型-巨型古滑坡，后緣至次級山脊或埡口，前緣至河流或次級沖溝，側(cè)邊界受斷裂控制。滑坡體由多個(gè)大小不一的次級滑坡體組成，受斷裂活動(dòng)影響，歷史上斷裂帶滑坡多次復(fù)活，發(fā)生多次大規(guī)模的滑動(dòng)。

2)斷裂帶滑坡體為斷裂破碎風(fēng)化帶巖土體，其上堆積Q3次生黃土，滑坡體結(jié)構(gòu)多為雙層或三層結(jié)構(gòu)，從巖性上可歸類為松散堆積層滑坡。因而，其變形常表現(xiàn)為蠕滑累進(jìn)變形的特點(diǎn)。當(dāng)變形累積到一定程度時(shí)，斷裂帶滑坡可以發(fā)生整體大規(guī)?；瑒?dòng)。

3)斷裂帶滑坡既受到構(gòu)造活動(dòng)和地震的影響，又受到降雨、前緣坡腳沖刷、滑坡中上部堆載加重的影響,因而，其形成機(jī)理表現(xiàn)為推移式和牽引式的復(fù)合型。

4)坪定-化馬斷裂帶滑坡目前多處于勻速蠕變階段。由鎖兒頭滑坡、泄流坡滑坡的監(jiān)測結(jié)果可知，滑坡變形總體表現(xiàn)為勻速下滑，但滑坡體各部位的下滑速率、滑動(dòng)距離并不一致。在緩慢蠕滑變形階段和勻速蠕滑變形階段，滑坡體上部變形量較大，而下部變形量較小。局部可以發(fā)生次級滑坡。遇地震、降雨、坡腳開挖可能會(huì)發(fā)生加速蠕滑，失穩(wěn)下滑。

5)斷裂帶滑坡是在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下形成的，其成災(zāi)模式表現(xiàn)為斷裂帶形成構(gòu)造凹地→沉積黃土或殘坡積物→斷裂活動(dòng)塑性流動(dòng)誘發(fā)滑坡體蠕滑拉裂變形→地震和降雨等又促進(jìn)滑坡下滑。

因此，有必要深入研究構(gòu)造活動(dòng)區(qū)斷裂帶滑坡在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下的形成機(jī)理，建立斷裂帶滑坡災(zāi)害成災(zāi)模式和動(dòng)力學(xué)模型，為構(gòu)造活動(dòng)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的評價(jià)和預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

文中部分資料來自甘肅省環(huán)境監(jiān)測站和舟曲縣國土局，在此致謝！

[1] 王思敬．地球內(nèi)外動(dòng)力耦合作用與重大地質(zhì)災(zāi)害的成因初探[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2002，10(2)：115-117． Wang Sijing. Coupling of Earth’s Endogenic and Exogenic Geological Processes and Origins on Serious Geological Disasters[J]. Journal of Engineering Geology，2002，10(2)：115-117.

[2] Scheidegger A E.Tectonic Predesign of Mass Move-ments, with Examples from the Chinese Himalaya[J]. Geomorphology, 1998，26(1/2/3)：37-46.

[3] Shroder J F. Slope Failure and Denudation in the Western Himalaya[J]. Geomorphology, 1998, 26(1/2/3)：81-105.

[4] Martel S J. Mechanics of Landslide Initiation as a Shear Fracture Phenomenon[J]. Marine Geology, 2004，203(3/4)：319-339.

[5] 黃潤秋，李為樂． 5·12 汶川大地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(12)：2585-2592． Huang Runqiu, Li Weile. Research on Development and Distribution Rules of Geohazards Induced by Wenchuan Earthquake on 12th May，2008[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(12)：2585-2592.

[6] 居恢揚(yáng)．?dāng)嗔褬?gòu)造對滑坡的控制意義[C]//滑坡文集：第三集．北京：中國鐵道出版社，1982：47-55． Ju Huiyang. The Importance of Fault Tectonic Controlling Landslide[C]//Landslide Collected Papers: The Third. Beijing: China Railway Press, 1982: 47-55.

[7] 李曉，李守定，陳劍，等．地質(zhì)災(zāi)害形成的內(nèi)外動(dòng)力耦合作用機(jī)制[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(9)：1792-1806． Li Xiao, Li Shouding, Chen Jian, et al. Coupling Effect Mechanism of Endogenic and Exogenic Geological Processes of Geological Hazards Evolution[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(9)：1792-1806.

[8] 許強(qiáng)，黃潤秋．5·12 汶川大地震誘發(fā)大型崩滑災(zāi)害動(dòng)力特征初探[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2008，16(6)：721-729． Xu Qiang, Huang Runqiu. Kinetics Characteristics of Large Landslides Triggered by Wenchuan Earthquake on 12th May, 2008[J]. Journal of Engineering Geology，2008，16(6)：721-729.

[9] 吳樹仁，王濤，石玲，等．2008汶川大地震極端滑坡事件初步研究[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，18(2)：145-159． Wu Shuren, Wang Tao, Shi Ling, et al. Study on Catastrophic Landslides Triggered by 2008 Great Wenchuan Earthquake，Sichuan，China[J]. Journal of Engineering Geology，2010，18(2)：145-159.

[10] 張永雙，蘇生瑞，吳樹仁，等．強(qiáng)震區(qū)斷裂活動(dòng)與大型滑坡關(guān)系研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(增刊2)：3503-3513. Zhang Yongshuang, Su Shengrui, Wu Shuren, et al. Research on Relationship Between Fault Movement and Large-Scale Landslide in Intensive Earthquake Region[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(Sup. 2): 3503-3513.

[11] 吳瑋江，王念秦．甘肅滑坡災(zāi)害[M]．蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2006：82-87． Wu Weijiang, Wang Nianqin. The Landslide Hazards in Gansu[M]. Lanzhou: Lanzhou University Press, 2006: 82-87.

[12] Scheidegger A E, 艾南山．武都地區(qū)的滑坡和泥石流[J]．水土保持學(xué)報(bào)，1987，1(2)：19-27． Scheidegger A E, Ai Nanshan. Clay Slides and Debris-Flow in Wudu Region[J]. Acta Conservations Soil and Aquae Sinica, 1987, 1(2): 19-27.

[13] 暢益鋒，李仁華．泄流坡滑坡變形特征及成因分析[J]．中國水土保持，1999(9)：29-31． Chang Yifeng, Li Renhua. Landslide Deformation Characteristics of Xieliupo and Analysis of the Reasons[J]. Soil and Water Conservation in China, 1999(9): 29-31.

[14] 陳長云，任金衛(wèi)，孟國杰，等．巴顏喀拉塊體北東緣主要斷裂現(xiàn)今活動(dòng)性分析[J]．大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2012，32(3)：27-30. Chen Changyun, Ren Jinwei, Meng Guojie, et al. Analysis of Modern Activity of Major Faults in Northeast Margin of Baryan-Har Block[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2012, 32(3): 27-30.

[15] 張倬元，王士天，王蘭生．工程地質(zhì)分析原理[M]．北京：地質(zhì)出版社，1994：123-133． Zhang Zhuoyuan, Wang Shitian, Wang Lansheng. The Principle of Engineering Geological Analysis[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1994: 123-133.

[16] 熊良宵，李天斌，楊昌斌，等. 層狀巖體單軸和雙軸壓縮蠕變特性的數(shù)值試驗(yàn)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2013，43(5):1539-1548. Xiong Liangxiao, Li Tianbin, Yang Changbin, et al. Numerical Analysis Study on Uniaxial and Biaxial Compression Creep Tests for Interlayered Rock Mass[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition, 2013, 43(5):1539-1548.

[17] 張成儉．舟曲縣白龍江流域地質(zhì)環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害分布特征[J]．甘肅水利水電技術(shù)，2010，46(12)：29-31． Zhang Chengjian. Zhouqu County Geological Environment and Its Geological Hazard Distribution Property in Bailong River[J]. Gansu Water Resources and Hydropower Technology, 2010, 46(12): 29-31.

Deformation Behavior of Landslides and Their Formation Mechanism Along Pingding-Huama Active Fault in Bailongjiang River Region

Yang Weimin1, Huang Xiao1, Zhang Chunshan1, Si Haibao2

1.InstituteofGeomechnics,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100081,China2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan243012,Anhui,China

There are a series of landslides developing along Pingding-Huama fault zone. The properties of these landslides are evident. The origin of these lanslides is similar. In fault zone landslide generally consists of one or more secondary landslides. The sliding mass has two layers or three layers, which are composed of deposited loess, strong weathering zone of fault and fault broken zone. The landslides slip along fault strike generally and re-slip time after time historically. According to deformation measurement data in recent years, the landslide is a stage of constant speed creeping deformation at present. The processing of their deformation presents to be creeping to tensile fracture (plastic flow tensile fracture) and then to junior landslide slipping. The landslide formation is in coupling of endogenic and exogenic geological processes that are fault action, earthquake, rainfall and human engineering activity. The long time activity of Pingding-Huama fault provides precondition for these landslides formation. The rock-soil mass characteristics are material basis of landslides activity for ages, while rainfall, earthquake and slope toe excavation are mainly factors that trigger these landslides to lose their stability. Therefore, it is necessary to further study the mechanism of fault zone landslides in coupling of endogenic and exogenic geological processes so as to provide a scientific basis for the prevention and early warning of landslide disaster.

Bailongjiang River; Pingding-Huama active fault; fault zone landslide; creep; rainfall; earthquake

10.13278/j.cnki.jjuese.201402201.

2013-06-26

“十二·五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAK12B09)；中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1212011120072)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072269)

楊為民(1965-)，男，研究員，博士，主要從事工程地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、活動(dòng)構(gòu)造方面的研究工作，E-mail:snon_72@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201402201

P642.22

A

楊為民，黃曉，張春山,等.白龍江流域坪定-化馬斷裂帶滑坡特征及其形成演化.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(2):574-583.

Yang Weimin, Huang Xiao, Zhang Chunshan,et al.Deformation Behavior of Landslides and Their Formation Mechanism Along Pingding-Huama Active Fault in Bailongjiang River Region.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(2):574-583.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201402201.