高位滑坡特征與防治

王得雙，梁收運，趙紅亮

(蘭州大學土木工程與力學學院地質(zhì)工程系，蘭州 730000)

1 引言

2017年6月24日6時左右，四川茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村發(fā)生山體高位滑坡-碎屑流，滑坡發(fā)生在海拔3 400 m以上，滑坡體最大落差約為1 600 m，平面滑動距離2 500～3 000 m，滑坡體體積約1 800×104m3，新磨村新村組幾乎整個村組被掩埋，僅有一家三口幸免于難，災害共造成10人遇難，73人失聯(lián)，岷江上游主干支流松坪溝河道堵塞2 km，約1.6 km道路被掩埋。6月27日11時04分，山體垮塌現(xiàn)場滑坡體再次出現(xiàn)垮塌，塌方量約200～300 m3，由于救援人員的及時撤離，二次垮塌未造成人員傷亡。

茂縣滑坡給國家和人民造成了嚴重的損失，縱觀此次山體高位滑坡-碎屑流運動，有著滑坡-碎屑流的復雜的地質(zhì)災害鏈，并且造成了河流堵塞等次生地質(zhì)災害，所幸處理及時，次生地質(zhì)災害未帶來較大的損失。高位滑坡由于滑坡體巨大、落差大，形成的碎屑流運動速度快，摧毀力度強，并常常形成高速-遠程滑坡，給人們帶來巨大的損失，而目前對于高位滑坡的研究尚不足，故加強對于高位滑坡的研究，有著極其重要的實際意義。

本文以已有高位滑坡災害資料為依據(jù)，特別是那些帶來巨大損失和影響的災難性高位滑坡，從高位滑坡的形成條件、運動特征等方面進行研究，將形成條件、運動特征等與防災減災工作相結合，從而提出有效的防災減災措施建議，具有一定的實際意義和應用價值。

2 高位滑坡的定義

通過許多高位滑坡，以及高速-遠程滑坡已有研究結果，不難發(fā)現(xiàn)目前對于高位滑坡并無一致、明確的定義。根據(jù)文獻資料顯示，較早的為陳自生(1992)關于高位滑坡運動形式轉化的研究[1]，其指出：高位滑坡(崩塌性滑坡)，是指剪出口高于坡腳的滑坡；也有學者將高陡邊坡上部(拔河數(shù)百米)或頂部的滑坡稱之為高位滑坡[2]。而部分學者在研究中并不以剪出口與坡腳地面的相對位置為依據(jù)，即認為滑坡后緣與地面(或坡腳)的相對高差較大，即認為是高位滑坡，而忽略剪出口這一位置對于滑坡的重要性，如蘭州九州區(qū)石峽口發(fā)生的兩次滑坡[3-4]，特別是2009年九州石峽口小區(qū)西側山體發(fā)生的滑坡，滑坡前后緣高差僅約60 m，剪出口高出小區(qū)地面達40 m，巨大的勢能突然釋放，摧毀了兩個單元的居民住房及其他建筑，造成了重大生命和財產(chǎn)損失，并對周邊居民生活及其交通造成嚴重影響。

滑坡是否會成為大型或高速滑坡，除了剪出口這一重要的因素外，滑坡體前后緣相對高差對其有較大影響，當滑坡體前后緣相對高差較大時，在有利的地形條件下，往往會成為高速-遠程滑坡，如1983年甘肅東鄉(xiāng)縣發(fā)生的滑坡，其剪出口高程接近與地面高程，但前后緣相對高差達300 m，前緣臨空條件好，災害發(fā)生時，滑坡體前部是平移碎屑流運動，后部是旋轉巖塊滑流運動[5]，巨大的勢能突然釋放，造成了震驚國內(nèi)外的災害事件。

上述來看，高位滑坡是指剪出口高于坡腳地面，滑坡體重心和剪出口位置高、臨空條件好，具有極大勢能的滑坡。當?shù)匦螚l件有利，常常會形成高速-遠程滑坡，并伴隨有滑坡-碎屑流等的復雜地質(zhì)災害鏈，造成阻斷河道、形成堰塞湖等次生地質(zhì)災害。因此，西藏易貢滑坡、云南昭通頭寨溝滑坡、云南祿勸縣爛泥溝滑坡、雅礱江唐古棟滑坡、云南元陽老金山滑坡等，均為典型的高位滑坡，如表1所示。

3 高位滑坡的形成條件

滑坡的形成，都是多因素綜合作用的結果，總的來說，包括內(nèi)外因素兩個方面，內(nèi)在因素有地層巖性、地質(zhì)構造、地應力等，外在因素有地震、人類工程活動、降雨等因素。與一般滑坡相比而言，高位滑坡有著一定的特點，地形、地震、降雨、人類工程活動等對其有著重要而不同的影響特點。

表1 典型高位滑坡災害事件

注：滑坡體高差指滑坡體后緣和剪出口之間的相對高差；剪出口與地面高差是指剪出口與河床或坡腳地面之間的相對高差。

(1) 地形

對于高位滑坡而言，不管是從滑坡的孕育還是發(fā)生后滑坡體運移堆積、造成的影響等來說，地形對于高位滑坡都有著極大的影響。陡峻或者其他有利的地形，滑坡前后緣高差較大，擁有更大的勢能，更容易孕育高位滑坡。如摩崗嶺滑坡[15]，摩崗嶺山脊在滑坡形成地帶變得單薄陡峻，坡體上部聚集了很高的勢能，為地震高位滑坡提供了有利的地形和位能條件。此外，在一些地震引發(fā)的高位滑坡中，地形對其有著更明顯的影響，在高位斜坡地震突出部位，地震動峰值加速度相對于背景值會放大2～3倍[16-18]，并且高位邊坡坡頂或山嘴部位在河谷下切過程中由于應力重分布，導致高位邊坡坡頂拉應力集中，卸荷裂隙發(fā)育且連通率高，巖體在地震強大慣性力作用下易被拋出[2,19-20]，拋出距離隨水平放大系數(shù)的變大而變大，水平地震加速度為4～5 g時在空中拋射距離就可達500～1 000 m。

樊曉一等[21]對汶川地震誘發(fā)的滑坡選取坡腳型和偏轉型滑坡進行研究，依據(jù)其資料來看，絕大部分均為高位滑坡，其研究顯示，滑坡體積對最大垂直距離的作用指數(shù)很小，坡腳型滑坡的坡度對運動距離的影響指數(shù)都較為顯著，偏轉型滑坡偏轉角度對滑坡偏轉后的水平運動距離影響較為顯著。這同樣說明了地形對高位滑坡顯著的影響。

無論是地震或是其他原因誘發(fā)的滑坡，從已有研究來看，地形都是高位滑坡最重要的條件之一。同時，滑坡體的運動、堆積等特征，也與地形表現(xiàn)出很大的關系。因此，將具體的防災措施與高位滑坡的特點相結合，有著重要的實際意義。

(2) 地震

地震對于孕育高位滑坡有著重要的作用，其對邊坡結構、穩(wěn)定性等有著重要的影響，強震過后，存在地質(zhì)災害的“后效應”現(xiàn)象。研究顯示[22]，汶川地震災區(qū)的地質(zhì)災害將持續(xù)20～25 a，才可逐漸恢復到震前的水平。對于茂縣疊溪鎮(zhèn)新磨村突發(fā)的山體高位滑坡，1933年發(fā)生的疊溪地震和2008年發(fā)生的汶川地震對其都有著不可小覷的影響，給巖體帶來極大的損傷。此外，地震可以在有利的地形條件下，將高位斜坡地震突出部位通過水平拋射、氣墊效應等作用使滑坡滑體在空中飛行一定的距離，沿斜坡方向迅速下降，形成高位滑坡[13]。因此說，地震不僅僅可以直接誘發(fā)高位滑坡，而且在一定程度上孕育了許多存在潛在危險的不穩(wěn)定邊坡，并且前面已涉及到，地震對高位邊坡的影響更加明顯。所以說，地震對于高位滑坡的形成有著重要的作用。

(3) 降雨

地震和降雨是高位滑坡(特別是那些災難性滑坡)最重要的誘發(fā)因素。茂縣山體高位滑坡，降雨就是滑坡發(fā)生的主要原因之一，同樣2010年發(fā)生的四川漢源二蠻山滑坡-碎屑流[14]，降雨也是其主要誘發(fā)因素。一方面，降雨會增加斜坡體的自重，使得不穩(wěn)定斜坡體擁有更大的勢能；另一方面，降雨會隨著邊坡的裂縫等入滲，降低巖層間摩擦阻力，打破原有靜止狀態(tài)，使斜坡體的抗滑能力明顯減弱，或者是多次降雨積累因素，反復沖擊巖層原有結構，達到某個臨界點后，就會啟動滑坡、泥石流等災害。當?shù)卣饘吰陆Y構造成一定影響時，降雨與其作用疊加，便很大程度上增加了發(fā)生高位滑坡的可能性。

(4) 人類工程活動

人類工程活動對地質(zhì)災害有著不同程度的影響，就蘭州市而言，由人類工程活動所引發(fā)的地質(zhì)災害造成人員傷亡和財產(chǎn)損失占到致災總數(shù)的90%以上[23]，人類工程活動對一般滑坡的發(fā)生有著重要的影響，并有著越來越大的趨勢。但高位滑坡與一般的滑坡有所不同，根據(jù)對歷史典型的高位滑坡研究發(fā)現(xiàn)，由人類工程活動影響對于高位滑坡的發(fā)生有重要影響的案例較少，較為典型的為2013年發(fā)生的云南鎮(zhèn)雄中屯鎮(zhèn)頭屯村大型高位滑坡[24]，煤礦采空區(qū)垮落和沉陷牽引是崩塌滑坡的主要誘發(fā)因素；四川丹巴縣城滑坡[25]，由于丹巴縣城市建設，對其坡腳開挖，使前緣形成了高陡臨空面，改變了其原有的應力狀態(tài)，從而成為影響丹巴滑坡穩(wěn)定性重要因素之一。人類工程活動對于高位滑坡的影響相對有限，但依舊不得不考慮人類工程活動使得滑坡的穩(wěn)定性進一步惡化的可能。

4 高位滑坡的運動特征

4.1 滑坡形態(tài)

高位滑坡發(fā)生后，如果受到地形限制，在坡腳堆積，則形成短程滑坡，反之，則會形成遠程滑坡，通常認為，當滑坡重心運動的最大垂直距離與水平距離的比值小于0.6時，即為遠程滑坡[26]，而高位滑坡由于其勢能較高，剪出口臨空條件較好，往往形成高速-遠程滑坡，并伴隨碎屑流運動。Nicoletti P G等[27]對全球范圍內(nèi)40多個高速遠程滑坡-碎屑流進行了研究，將碎屑流運動流通的地形分為狹長型(低耗能型)、開闊性(中耗能型)、T字型(高耗能型)(圖1)，滑坡在這3種地形的位移依次減小。

張明等[28]對高速遠程滑坡-碎屑流運動特征、研究發(fā)展現(xiàn)狀、運動機理等做了一定總結，目前主要模型有空氣潤滑模型、顆粒流模型、能量傳遞模型、底部超孔隙水壓力模型等。黃潤秋、許強等[10]結合一些具體的滑坡實例，指出砂土液化、氣墊效應、碎屑流動等均為滑坡高速遠滑的原因，特別是碎屑流動過程中，碰撞過程引起動量傳遞，使得碎屑流滑坡中出現(xiàn)“超距”與“失距”共存的特點。

圖1 滑坡形態(tài)類型[27]

4.2 滑坡分區(qū)

比較典型的高位滑坡均有一定的分區(qū)現(xiàn)象，諸如西藏易貢滑坡、云南祿勸縣爛泥溝滑坡等，均表現(xiàn)出明顯的分區(qū)，并有著不同的特征，但總的來看，可以將滑坡分為滑源區(qū)、滑流區(qū)、堆積區(qū)等3個區(qū)[14,29-30]。若滑坡的運動受地形或其他因素限制，部分區(qū)域將出現(xiàn)一定的重疊，如一些區(qū)域既可是滑流區(qū)，也是堆積區(qū)，將不出現(xiàn)典型的三段式運動特征。

(1) 滑源區(qū)

滑坡體剪出口到滑坡體后緣之間的部分為滑源區(qū)，一些大型的高位滑坡，剪出口會明顯高于坡腳地面10 m至數(shù)百米，甚至上千米。因此，滑坡體具有巨大的勢能及位能，當滑坡失穩(wěn)后，勢能、位能在短時間內(nèi)釋放，形成災害，造成巨大損失。高位滑坡的發(fā)生，往往伴隨有崩塌現(xiàn)象的發(fā)生，發(fā)生過程中常有巖體脫離母巖以類似于斜拋的形式向下運動，這些過程都主要發(fā)生于滑源區(qū)，高位滑坡的滑源區(qū)，往往也是主要的物源區(qū)，滑源區(qū)表層一般有第四系或者其他松散堆積物，為滑坡提供主要的物源。

(2) 滑流區(qū)

滑坡體的剪出口到滑坡體堆積物后緣之間的部分為滑流區(qū)，該區(qū)表層一般有第四系或者其他松散堆積物，滑坡體失穩(wěn)從滑源區(qū)向下滑動，沿途鏟刮并攜卷松散體，使得滑坡體體積逐漸增大，沿地形迅速下滑，同時毀壞沿途植被、建筑等。由于滑坡體具有較大的勢能，下滑的過程中沿途鏟刮松散體，因此在滑流區(qū)兩側的側壁上會形成清晰可見的擦痕，其中上部的擦痕傾角較大，向下逐漸變緩。需要指出的是，滑坡體物質(zhì)在該區(qū)的運動明顯受到地形的影響，其運動可能會受坡體的阻擋而發(fā)生偏轉，運動方向可能會隨地形發(fā)生較大的變化，如汶川映秀牛圈溝高位滑坡-碎屑流在運動過程中共4次撞擊斜坡，并轉向[31]?；麦w物質(zhì)由于物源為松散物，或者在運動過程中受碰撞等作用變?yōu)樗樾迹憩F(xiàn)為碎屑流運動。

(3) 堆積區(qū)

滑源區(qū)滑坡體物質(zhì)以及滑流區(qū)鏟刮攜卷的物質(zhì)，于坡腳地面平緩處，或者受地形限制而停止運動最終堆積，此部分區(qū)域即為堆積區(qū)，堆積區(qū)常見扇形堆積。坡腳地勢平緩地區(qū)往往為河道，由于高位滑坡具有巨大的勢能，借助慣性作用，滑坡體常會越過河道、沖向對岸，甚至爬高數(shù)米至數(shù)十米，部分滑坡體物質(zhì)可能會在爬高后落回河道，最終使得溝底抬高，造成不同程度的次生地質(zhì)災害，或阻斷河流、堵塞河道，或形成滑坡壩、堰塞湖。由于滑坡體物質(zhì)的組成，地形影響等，滑坡體的堆積區(qū)也常呈現(xiàn)出不同的堆積特征，如都江堰廟壩地震高位滑坡[29]，堆積物沿主滑方向具有從后向前減小的趨勢，中后部以滑源區(qū)的塊石堆積為主，越向前斜坡表層殘坡積土含量越大。此外，特別是一些大型、特大型遠程的高位滑坡，堆積物還會呈現(xiàn)出滑坡碎屑流的特征[30]。

4.3 滑坡體運動速度

(1) 運動速度特征

高位滑坡由于剪出口高于坡腳地面，滑坡體重心和剪出口高，臨空條件好，滑動勢能大，一旦坡體失穩(wěn)，勢能迅速被釋放，導致滑坡體的滑動速度快，往往會形成高速滑坡。首先，滑坡體啟動階段，由于勢能的釋放，滑坡體前緣臨空，幾乎不受抗滑力，滑坡體的運動速度一般會迅速增大，這一部分主要為滑源區(qū)；之后在滑流區(qū)，滑坡體物質(zhì)會沿途毀壞植被、建筑等，同時鏟刮沿途表層松散堆積物，使得滑坡體物質(zhì)體積逐漸增大，碰撞、鏟刮等作用使得動能逐漸減小，加之受地形、建筑等的阻擋作用，滑坡體的運動速度逐漸減小，在此階段，滑坡體運動速度可能會隨地形等影響發(fā)生一定的波動變化，但相對而言變化較小；最終，滑坡體物質(zhì)由勢能轉化成的動能逐漸消減至零，或受地形限制，運動速度逐漸減為零，形成堆積區(qū)，若為堆積區(qū)前緣受到明顯的地形限制而停止運動，其速度隨水平運動距離而減小的速率明顯較大，若堆積區(qū)前緣未受到明顯阻擋，則速率較小，整體來說，滑坡體運動速度在滑源區(qū)增大的速率，比堆積區(qū)減小的速率要大，如圖2。

V表示滑坡體運動速度；L表示滑坡體運動的水平距離圖2 運動速度示意圖

(2) 運動速度的預測

國內(nèi)外對于滑坡運動速度的預測和計算有著許多方法，主要有以能量法、謝德格爾法和科內(nèi)爾法為代表的理論計算法，滑坡特征參數(shù)推算法，間接測定法等[32]，從參數(shù)獲得的難易程度等方面綜合考慮，目前較為常見的是謝德格爾法提出的估算公式：

(1)

式中,v為估算點處滑體速度；H為滑體質(zhì)心下降距離；L為滑面長度；fe為等價摩擦系數(shù)。

等價摩擦系數(shù)的計算在具體的運動速度計算中也表現(xiàn)出一定的差異，謝德格爾對滑坡的調(diào)查資料研究后，發(fā)現(xiàn)滑坡的體積和等價摩擦系數(shù)在對數(shù)坐標上呈直線關系[33,34]，兩者的經(jīng)驗公式為：

lgfe=algV+b

(2)

式中,V為滑坡體體積；a=-0.156 66；b=0.622 19。

5 高位滑坡的防治

由于高位滑坡有著巨大的勢能、位能，并且發(fā)生時常常表現(xiàn)為高速滑坡，相比與一般滑坡而言，有著不同的特點，因此其防災減災措施也應當有所不同，如普通的抗滑樁、擋土墻之類的一般措施對其無法起到理想的作用，甚至無任何作用。對高位滑坡的形成條件、運動特征以及災害造成的影響等綜合考慮來看，高位滑坡的防治可以從充分利用地形優(yōu)勢來進行防治、加強群眾意識、重視勘察監(jiān)測主動防治等三方面來考慮。

(1) 充分利用地形優(yōu)勢進行防災減災

高位滑坡常會隨地形而轉化為碎屑流運動，沿途攜帶松散堆積物，對下游造成重要的影響，而碎屑流運動很大程度的受地形影響，防災減災工作可以充分利用這一特點，在適當?shù)牡胤叫拗鯄Γ瑢\動物質(zhì)進行適當?shù)呐艑?、引流，從而避過一些人口集中的地方，或者重要的建筑物。另一方面，從建筑物的選址等方面考慮，選擇受滑坡影響較小甚至無影響的區(qū)域進行生產(chǎn)生活，對于減小滑坡造成的危害有著重要的作用，如1965年發(fā)生的云南祿勸縣爛泥溝滑坡[7]，由于上普福村處于滑坡滑流區(qū)邊緣而幸免于難。

高位滑坡的形成條件、運動特征、堆積特征等，都與地形均有著極大的聯(lián)系，均明顯受地形的限制或影響。因此高位滑坡的防治措施應全面、重點考慮地形的因素，充分利用高位滑坡的特點，地形的優(yōu)勢，應用自然的力量來防治自然災害，進行高效、經(jīng)濟的防治，這樣可以起到事半功倍的作用。

(2) 加強群眾意識

任何一個滑坡的發(fā)生都是多方面因素綜合作用的結果，高位滑坡作為一類特殊的滑坡，地震和降雨雖為其主要的誘發(fā)因素，但依然存在人類工程活動對其造成一定影響情況。如武隆雞尾山滑坡[39]、元陽老金山滑坡[40]等的發(fā)生，與人類的采礦活動均有一定的關系?；聻暮﹄m然不易預測，但人們可以進行主動防治或避讓，如1965年發(fā)生的云南祿勸縣爛泥溝滑坡，曾造成444人死亡的災難，但在1991年又發(fā)生的滑坡依然造成10人死亡的嚴重損失?？梢钥闯觯碌陌踩R宣傳教育嚴重不足，群眾關于滑坡的防范意識明顯不足。此外，建筑物的選址等方面來看，這是主動防治自然災害的重要措施，也是群眾主動防治自然災害的意識的重要體現(xiàn)之一。因此，加強人民群眾對于高位滑坡的認知，對于高位滑坡的高效防治有著重要的作用。

(3) 重視勘察、監(jiān)測、主動防治

高位滑坡可能會因為海拔或高程較高，勘察、監(jiān)測等措施實施有一定難度，或者難以有效的實施監(jiān)測措施，但正由于此原因，高位滑坡?lián)碛芯薮蟮膭菽芎臀荒埽斐傻挠绊懕纫话慊赂?，往往是毀滅性的災難。許多滑坡發(fā)生之前，特別是一些大、中型滑坡的發(fā)生，大多伴有滑前宏觀征兆和某些特殊異常的現(xiàn)象[41,42]，如地標變形、地物標志的移動、地下水變化，動物行為異常等，只要能成功捕捉到前兆，就能極大程度的減少人員傷亡。此外，隨著科技的進步，無人機等技術日益成熟，這都可被應用于監(jiān)測等方面。因此說，高位滑坡的監(jiān)測不能因為工作難度大就知難而退，應充分利用先進技術，加大對于高位滑坡的監(jiān)測，進行主動監(jiān)測、主動防治。

6 結論

高位滑坡是指剪出口高于坡腳地面，滑坡體重心和剪出口位置高、臨空條件好、具有極大勢能的滑坡，在有利地形條件下，常常會形成高速-遠程滑坡，并伴隨有滑坡-碎屑流等復雜地質(zhì)災害鏈，造成阻斷河道、形成堰塞湖等的次生地質(zhì)災害。

地形、地震、降雨、人類工程活動對高位滑坡有著重要的影響。并且，一般可以將高位滑坡的滑坡形態(tài)分為狹長型(低耗能型)、開闊性(中耗能型)、T字型(高耗能型)，高位滑坡-碎屑流運動在這3種地形中的位移依次減小。此外，高位滑坡滑坡體在運動中表現(xiàn)出明顯的分區(qū)現(xiàn)象，主要可以分為：滑源區(qū)、滑流區(qū)、堆積區(qū)，各區(qū)表現(xiàn)出不同的特點。滑坡體在運動過程中運動速度表現(xiàn)前期快速增大、中期變化較小、后期逐漸減小，與上述3個分區(qū)分別對應。

對于高位滑坡，不管是從利用地形的優(yōu)勢來防治、降低災害帶來影響等方面考慮，還是從建筑物的選址方面等考慮，充分考慮地形的因素，對于降低高位滑坡防治的難度、降低高位滑坡的影響等都有著重要的作用。此外，加強群眾意識，重視勘察、監(jiān)測等工作，對于高位滑坡的防治也有著重要的作用。

目前關于高位滑坡的研究尚不足，由于高位滑坡往往形成高速-遠程滑坡，部分高位滑坡的研究都是借鑒高速-遠程滑坡的研究，而事實上高位滑坡有其獨自的特點，并且高位滑坡的研究多處于定性的角度，定量化研究程度較低，將高位滑坡的特點與實際防災減災工作具體聯(lián)系到一起的相關研究較少。關于高位滑坡的防治等，還需進一步深入的、定量化的研究。