2000年易貢鄉(xiāng)扎木弄溝滑坡型泥石流主控因素分析

李俊 陳寧生 劉美 張勇 向龍 高云建

摘要：為進(jìn)一步查明2000年4月9日扎木弄溝滑坡型泥石流的成因，有必要分析內(nèi)外動力條件對該次滑坡型泥石流的影響?；?950-2000年的地震活動和氣溫資料，以及2000年3月-4月的降雨資料，分析地震活動、凍融循環(huán)和干濕循環(huán)與2000年滑坡型泥石流的時空耦合關(guān)系。結(jié)合花崗巖巖體結(jié)構(gòu)特征，分析內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流的影響機(jī)制。研究結(jié)果包括兩方面內(nèi)容：（1）極端的凍融循環(huán)、干濕循環(huán)和地震活動是2000年滑坡型泥石流的主控因素，其中災(zāi)前Ms4.8的地震是2000年滑坡型泥石流形成的直接誘發(fā)因素。（2）長期的地震活動、凍融循環(huán)和干濕循環(huán)增加了向南傾的流域源頭花崗巖巖體的脆弱性，也增加了流域源頭巖體地表裂隙，受后續(xù)降水和冰雪融水滲流的影響，流域源頭巖體飽水強(qiáng)度衰竭，在4.8級地震誘發(fā)作用下，BH01崩滑體發(fā)生崩滑，2000年滑坡型泥石流發(fā)生。

關(guān)鍵詞：滑坡型泥石流;內(nèi)外動力條件;巖體結(jié)構(gòu)特征;耦合關(guān)系

中圖分類號：P642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：李俊

Analysis of main factors for landslide-triggered debris flow in Zhamunong gully on April 9th，2000

LI Jun.1，CHEN Ningsheng.2，LIU Mei2，3，ZHANG Yong2，3，XIANG Long.4，GAO Yunjian2，3

（1.School of Civil Engineering，Sichuan University of Science & Engineering，Zigong 643000，China;2.Key Laboratory of Mountain Hazards and Land Surface Process，Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources，Chengdu 610041，China;3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;4.State Key Laboratory of Geological Hazards Prevention and Geological Environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Abstract：The landslide-triggered debris flow that occurred on April 9th，2000 （2000 LTDF） in Zhamunong gully had a volume of 3×10.8m.3.We studied the effects of internal and external dynamic conditions on the cause of the 2000 LTDF.Based on the earthquake data and temperature data from 1995 to 2000 and rainfall data from March to April 2000，we analyzed the spatio-temporal coupling relationship of the 2000 LTDF with seismicity，freeze-thaw cycle，and dry-wet cycle.Based on the structural characteristics of granite rock，we analyzed the mechanism of internal and external dynamic conditions on the cause of the 2000 LTDF.The results included two aspects.Firstly，the main factors of the 2000 LTDF were long-term freeze-thaw cycle，dry-wet cycle，and seismicity.Earthquake of Ms 4.8 was the direct inducing factor of the 2000 LTDF.Secondly，the long-term effect of seismicity，freeze-thaw cycle，and dry-wet cycle increased the vulnerability as well as the surface fracture of BH01 granite rock mass.Due to the influence of the subsequent seepage of rain and melt water，the strength of granite rock mass was exhausted.Under the effect of the Ms 4.8 earthquake，the BH01 landslide occurred in 2000 and triggered the debris flow.

Key words：landslide-triggered debris flow;internal and external dynamic conditions;feature of rock mass structure;coupling relationship

2000年4月9日20點(diǎn)，規(guī)模巨大的滑坡型泥石流發(fā)生于扎木弄溝（圖1和圖2）[1-5]。約0.91億m.3的花崗巖巖體從溝道源頭海拔高程為5 320 m的山頂處崩滑，受強(qiáng)降雨和深“V”型溝谷的影響，大方量的崩滑巖體和崩滑體坡腳處的600萬m.3沉積物質(zhì)混合運(yùn)動一段距離后轉(zhuǎn)化為高速運(yùn)動的泥石流，泥石流將松散固體物質(zhì)快速搬運(yùn)至溝口，堵塞易貢藏布河道并形成堆積方量約3億m.3的天然壩體，該壩體使易貢湖再次成為堰塞湖[6-8]。

目前很多學(xué)者揭示2000年滑坡型泥石流的形成是內(nèi)外動力條件相疊加的結(jié)果，認(rèn)為該次滑坡型泥石流的主控因素為強(qiáng)降雨和凍融循環(huán)，而不包含地震[9-10]。尚彥軍等[11]較為系統(tǒng)地總結(jié)氣象和地質(zhì)構(gòu)造等內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流的影響程度，認(rèn)為冰雪消融和降雨是此次泥石流形成的主要因素。在2000年4月易貢區(qū)域氣溫普遍升高和極端降雨增加的影響下，周佳文等[12]認(rèn)為扎木弄溝源頭的冰川急劇消融引發(fā)的強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖破裂面孔隙水壓力的增加和有效應(yīng)力的減少是形成大面積巖崩的主要原因。劉偉和劉國權(quán)[13-15]則認(rèn)為易貢滑坡型泥石流發(fā)生原因是降水和冰川融化。據(jù)衛(wèi)星影像分析結(jié)果，呂杰堂等[16]得出該次滑坡型泥石流的形成是地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動、水文和氣象因素共同作用的結(jié)果。

實(shí)際上，1950年至2000年4月9日以來影響易貢區(qū)域的地震可達(dá)101次，以中小級地震居多，4.3級至6級地震次數(shù)為71次，2次8級以上地震（1950年察隅8.6級地震和1951年那曲當(dāng)雄8.0級地震）[17-18]，長期的中小地震對2000年滑坡型泥石流的影響有待進(jìn)一步分析，而且該次滑坡型泥石流發(fā)生前易貢鄉(xiāng)附近發(fā)生Ms4.8的地震[19]，震中距滑坡型泥石流發(fā)生位置的距離僅為13 km，該次地震對2000年滑坡型泥石流的影響也有待于進(jìn)一步研究。

為進(jìn)一步認(rèn)識內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流的影響程度，本文基于災(zāi)前長時間的易貢區(qū)域地震加速度、氣溫和降雨資料，定量分析中小地震活動和凍融循環(huán)和干濕循環(huán)與2000年滑坡型泥石流的時空耦合關(guān)系，并結(jié)合易貢區(qū)域花崗巖節(jié)理統(tǒng)計資料，論述內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流形成的影響機(jī)制。

1內(nèi)外動力條件與2000年滑坡型泥石流的耦合關(guān)系

據(jù)下列分析結(jié)果，地震活動和凍融循環(huán)和干濕循環(huán)與2000年滑坡型泥石流的整個過程具有時空上的耦合關(guān)系。

1.1地震活動與2000年滑坡型泥石流的耦合關(guān)系

2000年滑坡型泥石流發(fā)生時，區(qū)域內(nèi)有Ms4.8級地震發(fā)生。研究表明中小地震也會引發(fā)滑坡型泥石流的發(fā)生，世界范圍內(nèi)統(tǒng)計資料顯示4.3級的地震就有可能觸發(fā)滑坡的發(fā)生[20]?；谥袊卣鹋c加速度關(guān)系的經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚚21]，估算地震對滑坡型泥石流發(fā)育作用的地震加速度值，評估其對2000年滑坡型泥石流的影響。

2000年4月9日晚上8點(diǎn)0分9秒，距扎木弄溝約13 km的林芝地區(qū)發(fā)生Ms4.8級的地震。根據(jù)表1提供的適合計算中國西部地區(qū)的地震加速度模型，模算了地震對扎木弄溝流域源頭BH01崩滑體作用的地震加速度值，其值為43.3 gal（圖3），相當(dāng)于5.5度的地震烈度，此后的8點(diǎn)0分11.95秒開始發(fā)生了特大的崩滑。據(jù)調(diào)訪，2000年滑坡型泥石流災(zāi)害于4月9日晚上8時5分發(fā)生，所以地震的作用與滑坡型泥石流的整個過程具有時空上的耦合關(guān)系。

1.2凍融循環(huán)與2000年滑坡型泥石流的耦合關(guān)系

寒凍風(fēng)化帶主要分布為海拔高程為4 500～5 200 m的山體，該段山體花崗巖裸露，2000年滑坡型泥石流發(fā)生前這些花崗巖巖體長期遭受強(qiáng)烈凍融循環(huán)破壞作用。波密地區(qū)的溫度測量基準(zhǔn)點(diǎn)為N29°51.5′-E94°46.1′，海拔高程2 731 m，根據(jù)波密氣象站的氣溫數(shù)據(jù)，估算扎木弄溝海拔高程3 700 m以上的氣溫，結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，季節(jié)性最大溫差為25 ℃，災(zāi)害發(fā)生前最大溫差為15 ℃，這說明扎木弄溝所受的季節(jié)性凍融作用非常強(qiáng)烈。

據(jù)圖4，扎木弄溝氣溫呈階段性變化。12月-1月為低溫分布時段，6月-7月為高溫分布時段。由于易貢降水豐富，年降水量在1 200 mm左右，冬季氣溫低于0 ℃，巖石大部分處于凍結(jié)狀態(tài)，當(dāng)溫度高于0 ℃時巖石開始解凍，如此變化形成了季節(jié)性凍融循環(huán)作用。而2000年3月10日到4月11日[HJ1.9mm]小時氣溫監(jiān)測結(jié)果表明，一天中氣溫的變化較大，表現(xiàn)出凍融循環(huán)。但季節(jié)性凍融循環(huán)作用要強(qiáng)于日凍融循環(huán)。

1.3干濕循環(huán)與2000年滑坡型泥石流的耦合關(guān)系

2000年4月9日滑坡型泥石流發(fā)生前2個月內(nèi)，扎木弄溝經(jīng)歷了一個以中旱和中小雨為背景的小量級的干濕循環(huán)過程。干旱等級由基于降水量的標(biāo)準(zhǔn)化降水指標(biāo)值（簡稱SPI）來劃分（表2）[22-24]。圖2顯示了自1990年至2004年各月的扎木弄溝SPI值。從長時間尺度看，1990年至2000年4月9日干濕循環(huán)時常發(fā)生。從短時間尺度看，2000年4月9日扎木弄溝特大滑坡型泥石流發(fā)生前，3月份降水較少，SPI值為-1.41，為中旱。結(jié)果顯示，2000年3月份降水為62.6 mm，明顯低于多年平均降水量87.3 mm。在旱后的4月1日-8日共8天內(nèi)前期降水量高達(dá)42.9 mm，占多年平均降水量的49%，而且4月9日晚上8點(diǎn)到10日早上8點(diǎn)波密站累計降水量為11.3 mm，占多年平均降水量的13%，這說明扎木弄溝在災(zāi)害發(fā)生前經(jīng)歷了較強(qiáng)的降水過程。

2內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流形成的影響機(jī)制

長期的中小地震和凍融循環(huán)和干濕循環(huán)增加向南傾的流域源頭花崗巖巖體的脆弱性，增加了流域源頭巖體地表裂隙，受后續(xù)降水和冰雪融水的影響，流域源頭巖體飽水強(qiáng)度衰竭，在Ms4.8級的地震的誘發(fā)作用下，BH01崩滑體發(fā)生崩滑，2000年滑坡型泥石流發(fā)生。

2.1花崗巖巖體結(jié)構(gòu)特征

BH01崩滑區(qū)位于扎木弄溝流域源頭，基巖裸露，其巖性主要為花崗巖（圖5）。根據(jù)地形和楔形體的位置，確定BH01崩滑區(qū)的海拔高程在4 500 m到5 320 m之間，在災(zāi)害發(fā)生前，BH01崩滑區(qū)為扎木弄溝源頭的主峰之一，該崩滑區(qū)常年被冰雪覆蓋。由現(xiàn)場觀測和衛(wèi)星圖像顯示，崩滑體整體呈楔形體。BH01崩滑體在滑動后底面形態(tài)為V型深谷，并且兩側(cè)陡峭，滑面平直光滑，兩側(cè)谷坡坡度介于40°到50°之間，谷底較為平緩，平均坡度為25°，傾向為南西向。BH01崩滑體后緣呈近90°的陡崖。BH01崩滑體兩側(cè)發(fā)育大量的與側(cè)壁近平行的北東向裂隙，裂隙的貫通性良好。

由于測量扎木弄溝流域源頭的花崗巖節(jié)理存在較大的危險性，所以選取距扎木弄溝最近的貢德花崗巖開展區(qū)域節(jié)理調(diào)查，調(diào)查位置的經(jīng)緯度為N30°17′48.71″，E94°43′18.65″，調(diào)查點(diǎn)距扎木弄溝溝口的距離為25 km。據(jù)現(xiàn)場觀測，崩滑區(qū)基巖裸露，巖性主要為花崗巖，節(jié)理裂隙的發(fā)育控制著崩滑體的邊界與規(guī)模，崩滑體形成過程中，由于受到區(qū)域性構(gòu)造的影響，BH01崩滑體花崗巖節(jié)理裂隙非常發(fā)育，大型節(jié)理有三組（圖6（a））：節(jié)理1產(chǎn)狀為203∠34°，節(jié)理2產(chǎn)狀為94∠57°，節(jié)理3產(chǎn)狀為211∠86°，節(jié)理面傾角大。節(jié)理的分割作用使得巖體非常破碎，特別地是，節(jié)理3控制著BH01崩滑體后緣陡傾拉裂縫的發(fā)育，節(jié)理1控制著BH01崩滑體滑動面的發(fā)育（圖6（b））。根據(jù)調(diào)訪，扎木弄溝在4月8日水質(zhì)明顯變黑，[HJ1.9mm]水量明顯減少。扎木弄溝水的顏色和流量變化表明BH01崩滑體主滑動面和后緣陡傾裂隙已經(jīng)基本貫通，雨水和冰雪融水已經(jīng)完全滲透到BH01崩滑體主滑動面，并且?guī)r體已經(jīng)處于飽水工況。

2.2內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流形成的影響

在易貢區(qū)域地震，氣溫變化和持續(xù)降雨等條件的共同作用下，BH01崩滑體的后緣陡傾裂隙快速發(fā)展，崩滑體沿著軟弱結(jié)構(gòu)面或者裂隙面發(fā)生持續(xù)的蠕滑變形，并形成中部的“鎖固段”。當(dāng)BH01崩滑體后緣拉裂段深度Hcr大于363 m或者巖體的鎖固段長度L小于455 m時，崩滑體中部鎖固段發(fā)生突然性的脆性破壞，崩滑體發(fā)生崩滑。

2.2.1崩滑體后緣拉裂深度和鎖骨段長度

易貢滑坡的形成關(guān)鍵是BH01崩滑體沿軟弱面滑動而產(chǎn)生崩滑。根據(jù)規(guī)范（滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范DZ 0240-2004），對于后緣有陡傾裂隙的BH01崩滑體穩(wěn)定性的計算公式見式（1）。式（2）至式（5）為式（1）中各種力的詳細(xì)計算公式。式（6）為崩滑體后緣裂隙深度計算公式。

式中：F為崩滑體穩(wěn)定系數(shù)，崩滑體已經(jīng)趨于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，取值為1;FK為抗滑力（kN/m）;FS為滑動力（kN/m）;c為崩滑體滑動面巖體黏聚力（kPa）;φ為崩塌體滑動面巖體內(nèi)摩擦角（°）;L為鎖固段長度（m），即崩滑體裂隙面未貫通的長度;V為裂隙水壓力（kN/m）;U為沿滑面揚(yáng)壓力（kN/m）;Q為地震力（kN/m）;ζ為地震水平系數(shù);α為滑動面的傾角。W為崩滑體自重（kN/m）;ρ為花崗巖密度（kg/m.3）;v為崩滑體體積（m.3）;g為重力加速度（m/s.2），h為后緣裂隙深度（m）;hw為后緣裂隙充水高度（m），天然時取0.2 h，暴雨時?。?.3～0.5）h，據(jù)降雨資料，BH01崩滑前有大雨，所以hw[WTBX]取0.5 h。Hc[KG*9]r為崩滑體后緣裂隙深度（m）。H為崩滑體前緣到裂隙后緣邊坡的坡體高度（m）。BH01崩滑體穩(wěn)定性計算參數(shù)取值見表3。

由于現(xiàn)場沒有條件取到BH01崩滑體結(jié)構(gòu)面的花崗巖樣品，故花崗巖巖體力學(xué)參數(shù)的選擇應(yīng)考慮裂隙的貫通程度、裂隙的填充程度及裂隙的發(fā)育情況，并根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（DB 50/330-2002）的巖體力學(xué)參數(shù)折減要求進(jìn)行折減。扎木弄溝溝道源頭的巖體較為破碎，故BH01崩滑體巖體的內(nèi)摩擦角折減系數(shù)取0.8，折減后崩塌體滑動面的內(nèi)摩擦角為46.616°。當(dāng)崩滑體后緣的拉裂段巖體開裂到363 m時，并且前緣的鎖固段貫通，此時崩滑體達(dá)到極限平衡狀態(tài)。根據(jù)式（1），當(dāng)鎖固段長度L為455 m時，崩滑體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)崩滑體后緣前緣進(jìn)一步開裂，巖體的鎖固段長度L小于455 m或者后緣拉裂段深度r大于363 m時（表4），BH01崩滑體發(fā)生崩滑。

2.2.1內(nèi)外動力條件對2000年滑坡型泥石流的影響機(jī)制

扎木弄溝巖體結(jié)構(gòu)特征是2000年滑坡型泥石流形成的基礎(chǔ)。扎木弄溝流域源頭花崗巖普遍發(fā)育3組節(jié)理，其中傾向210度的南傾節(jié)理，與扎木弄溝流域源頭坡向一致，為降水和冰雪融水提供了地下滲流的通道（圖6）。在中小地震活動和凍融循環(huán)和干濕循環(huán)的作用下，扎木弄溝流域源頭的花崗巖巖體長期遭受破壞。一方面，長期的中小地震活動使巖體更加破碎。另一方面地震與干旱產(chǎn)生大量的震（干）裂巖土體，在降水和冰雪融水作用下，巖體內(nèi)部的土粒容易產(chǎn)生濕陷收縮的現(xiàn)象，降雨過程中，土粒不斷吸水膨脹，巖體內(nèi)部孔隙不斷變小，這導(dǎo)致孔隙水壓力急劇增大，巖體強(qiáng)度急劇衰減。

2000年3月，易貢區(qū)域降水較少，SPI值達(dá)-1.41，屬于中旱。災(zāi)害發(fā)生前8天開始降雨，累計降水量為42.9 mm。災(zāi)害當(dāng)天發(fā)生強(qiáng)降雨過程，4月9日晚上8點(diǎn)至10日早上8點(diǎn)波密站累計降水量為11.3 mm。BH01崩滑體失穩(wěn)過程于4月9日晚上8時5分發(fā)生。所以在凍融循環(huán)、干濕循環(huán)和中小地震的聯(lián)合作用下，扎木弄溝流域源頭頂部的破碎巖體飽水強(qiáng)度衰竭，而在4月9日晚上8點(diǎn)9.2秒時，扎木弄溝附近13 km處發(fā)生4.8級地震，流域獲得的地震加速度達(dá)43.3 gal。由于BH01崩滑體位于流域山巔處，地震對分水嶺巖體具有地形放大效應(yīng)，在災(zāi)前Ms4.8級地震的誘發(fā)作用下，當(dāng)后緣拉裂段深度Hc[KG*9]r大于363 m或者巖體的鎖固段長度L小于455 m時，BH01崩滑體中部鎖固段發(fā)生突然性的脆性破壞，崩滑體發(fā)生崩滑（圖6）。

3結(jié)論

（1） ?2000年滑坡型泥石流的主控因素是極端的凍融循環(huán)、干濕循環(huán)和地震活動，其中2000年滑坡型泥石流形成的直接誘發(fā)因素有可能是災(zāi)前的Ms4.8地震。地震活動、凍融循環(huán)和干濕循環(huán)與2000年滑坡型泥石流的整個過程具有時空上的耦合關(guān)系。扎木弄溝長期強(qiáng)烈的凍融循環(huán)使得流域源頭的花崗巖巖體強(qiáng)度降低，裂隙增多，孔隙增大。2000年3月至4月9日扎木弄溝經(jīng)歷一個以中旱和中小雨為背景的小量級的干濕循環(huán)過程，此時受凍融循環(huán)和干濕循環(huán)作用破裂的BH01崩滑體處于飽水工況。BH01崩滑體失穩(wěn)過程于4月9日晚上8時零分11.95秒發(fā)生，而在4月9日晚上8點(diǎn)整9.2秒，距扎木弄溝約13 km，發(fā)生4.8級地震，流域頂部巖土體獲得的地震加速度達(dá)43.3 gal。由于BH01崩滑體位于流域山巔處，地震對分水嶺巖體具有地形放大效應(yīng)，在災(zāi)前Ms4.8級的地震作用下，BH01崩滑體發(fā)生崩滑現(xiàn)象。

（2） ?長期的地震活動、凍融循環(huán)和干濕循環(huán)增加向南傾的流域源頭花崗巖巖體的脆弱性，也增加流域源頭巖體地表裂隙，受后續(xù)降水和冰雪融水滲流的影響，流域源頭巖體飽水強(qiáng)度衰竭，在4.8級地震誘發(fā)作用下，BH01崩滑體發(fā)生崩滑，2000年滑坡型泥石流發(fā)生。

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