地震典型滑坡產(chǎn)生機(jī)理及防治方法研究

程躍廣CHENG Yue-guang；倪振強(qiáng)NI Zhen-qiang

（①山東三山公路工程監(jiān)理咨詢有限公司，聊城 252000；②聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院，聊城 252000）

0 引言

地震滑坡是常見(jiàn)的地震引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，會(huì)對(duì)公路、房屋和農(nóng)田都造成極大的破壞[1]。地震滑坡既可以伴隨著地震的發(fā)生而立刻產(chǎn)生（即地震伴生滑坡），也可以是在地震發(fā)生后一定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生（即地震滯后滑坡）[2，3]。

地震滑坡研究目前集中在6 個(gè)領(lǐng)域：地震滑坡分布特征，地震滑坡與地震參數(shù)關(guān)聯(lián)，地震滑坡與地質(zhì)條件關(guān)系，地震滑坡動(dòng)力響應(yīng)關(guān)系，地震滑坡預(yù)測(cè)，地震滑坡風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估[4]。但這些研究針對(duì)地震滑坡后研究較多，對(duì)滑坡預(yù)測(cè)研究較少；對(duì)典型地震滑坡發(fā)育特點(diǎn)、發(fā)生機(jī)理研究較少[5]。

因此，本文以汶川地震中的典型地震滑坡為研究對(duì)象，根據(jù)發(fā)生特點(diǎn)將地震滑坡進(jìn)行分類，對(duì)其發(fā)生機(jī)理進(jìn)行分析。其研究成果對(duì)認(rèn)識(shí)地震滑坡，進(jìn)行防治具有重要的理論意義和工程意義，可以指導(dǎo)相關(guān)震后重建工作，也可以為地震滑坡的預(yù)測(cè)研究提供有益參考。

1 汶川地震滑坡總體發(fā)育特點(diǎn)

汶川地震滑坡總體發(fā)育特點(diǎn)是點(diǎn)多面廣、災(zāi)情嚴(yán)重，規(guī)模大，滑速快、時(shí)間短、滑距遠(yuǎn)，延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，反復(fù)性大，滋生山地災(zāi)害鏈發(fā)生條件。

汶川地震強(qiáng)度大、震源淺、破壞力強(qiáng)、波及面廣。四川44 個(gè)縣（市、區(qū)）災(zāi)情嚴(yán)重，重災(zāi)區(qū)面積超過(guò)10 萬(wàn)km2。由于四川地區(qū)的地形地貌山高勢(shì)陡，因此地震滑坡多具有滑速快、時(shí)間短、滑距遠(yuǎn)的特點(diǎn)。除去地震過(guò)程中引發(fā)了大量滑坡，地震過(guò)程中亦使原狀山體發(fā)生了整體松動(dòng)，產(chǎn)生裂縫，降低了坡體穩(wěn)定性。當(dāng)遭遇強(qiáng)降雨或其他振動(dòng)時(shí)，松動(dòng)的土體和松散堆積物容易引發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害，甚至延續(xù)多年。地震滑坡發(fā)生后，堆積在坡腳和溝谷處易形成堰塞湖，有可能形成新的山地災(zāi)害鏈。

2 典型地震滑坡分類

2.1 地震滑坡發(fā)生特點(diǎn)

滑坡是一種斜坡表層變形破壞現(xiàn)象，發(fā)生的自然條件為斜坡巖性、結(jié)構(gòu)，包括易滑巖組條件、軟弱結(jié)構(gòu)面條件和有效臨空面等；外界條件主要是各種外力影響，包括降雨、地震、人類工程活動(dòng)等。

地震滑坡其實(shí)質(zhì)是地震作為直接誘發(fā)因素，激發(fā)具備滑坡發(fā)生條件的斜坡產(chǎn)生變形、位移和滑動(dòng)。地震對(duì)滑坡的作用是促進(jìn)和加速滑坡的形成。在強(qiáng)烈的地震作用下斜坡會(huì)產(chǎn)生兩種作用：地震慣性力作用（主要是水平作用）和地震作用下超孔隙水壓力。兩種作用力共同作用下，使得坡體下滑力增加，抗滑力減小，導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)。

地震作用對(duì)滑坡形成的影響，主要是由地震波動(dòng)振蕩產(chǎn)生的震動(dòng)作用，對(duì)斜坡體產(chǎn)生變形破壞。根據(jù)先后順序，其作用形式可以分為啟動(dòng)動(dòng)力效應(yīng)、變形位移加速效應(yīng)、累進(jìn)破壞效應(yīng)三個(gè)過(guò)程。

2.2 地震滑坡主要類型

2.2.1 整體滑動(dòng)型地震滑坡

斜坡上部巖土體在地震誘發(fā)作用下易發(fā)生整體滑動(dòng)，其特點(diǎn)是滑動(dòng)規(guī)模大、分級(jí)明顯。一般發(fā)生時(shí)滑速快，發(fā)生在溝谷內(nèi)時(shí)易造成河道堵塞，形成堰塞湖。汶川地震中的大部分堰塞湖都是由整體滑動(dòng)型滑坡造成的。

以文家壩滑坡為例，見(jiàn)圖1，從滑坡的運(yùn)動(dòng)、堆積特征分析：前部滑坡體在石坎河長(zhǎng)期沖蝕作用下具備了較好的臨空條件，在強(qiáng)震作用下首先啟動(dòng)，而后牽引后部滑體逐漸發(fā)生滑動(dòng)。滑坡體后壁陡坎高度小，中部陡坎高度相對(duì)較大，滑坡體表面分布有一系列近于平行的弧形張裂縫及數(shù)個(gè)大小不一的滑坡平臺(tái)，顯示出在前部滑體的牽引作用下分級(jí)、分塊滑動(dòng)的特點(diǎn)。

圖1 文家壩滑坡整體滑動(dòng)圖

2.2.2 碎裂滑動(dòng)型地震滑坡

位于斜坡上部的巖土體在震中產(chǎn)生滑動(dòng)后，在持續(xù)地震作用下，巖土體逐漸發(fā)生震裂、松弛，進(jìn)而在滑動(dòng)過(guò)程中發(fā)生碎裂。一般規(guī)模較大，分級(jí)分塊明顯，滑體前部具有滑動(dòng)的臨空面。滑動(dòng)過(guò)程中無(wú)拌合現(xiàn)象、滑距較遠(yuǎn)。

以牛圈溝滑坡為例，見(jiàn)圖2，從滑坡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、堆積特征分析：滑動(dòng)啟動(dòng)階段，在海波1350m 滑坡啟動(dòng)區(qū)，坡度40~45°，由于地震激勵(lì)，滑坡后緣迅速開(kāi)裂、擴(kuò)大，沿深部順層軟弱結(jié)構(gòu)面開(kāi)始滑動(dòng)；碰撞碎裂階段，在海拔1350~1200m 的滑床上碰撞，坡度20°，滑體在啟動(dòng)中獲得高速運(yùn)行動(dòng)量，與左岸強(qiáng)烈碰撞，激發(fā)次生滑坡，在經(jīng)過(guò)多次高強(qiáng)度碰撞、崩解后成為碎裂滑動(dòng)物質(zhì)；碎屑滑動(dòng)階段，在海拔1200~1000m 折向處，坡度20°，碎屑物繼續(xù)滑動(dòng)；堆積停滯階段，在海拔1000m 折向至岷江河道，坡度5~10°，碎裂物質(zhì)滑動(dòng)能量下降，堆積在溝道處。

圖2 牛圏溝滑坡碎裂滑動(dòng)圖

2.2.3 墜落~滑動(dòng)型地震滑坡

高陡斜坡上部的巖土體，在地震中發(fā)生墜落，在坡面快速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生作用力，推動(dòng)坡面的巖土體發(fā)生滑動(dòng)。多發(fā)生在緩傾角巖層或具緩傾角節(jié)理的巖體中，其特點(diǎn)是滑坡后壁高陡、中部坡體淺層滑動(dòng)、坡腳形成倒石堆。

以東河口滑坡為例，見(jiàn)圖3，從滑坡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、堆積特征分析：?jiǎn)⒊袒瑒?dòng)階段，滑體在地震作用下加速、滑體重心快速滑過(guò)剪出口，具有較高的滑動(dòng)速度和較大的動(dòng)量；近程飛撞階段，滑體沿滑床高速飛過(guò)剪出口，滑體以凌空飛越的運(yùn)動(dòng)形式為主，并與溝谷坡體發(fā)生激烈碰撞；遠(yuǎn)程流動(dòng)階段，滑體與溝谷碰撞后，沿溝谷轉(zhuǎn)向高速流動(dòng)，滑動(dòng)坡體變?yōu)楦咚偎樾剂?，與溝谷中的水流混合，形成類似泥石流的流動(dòng)體；堆積階段，堆積體基本為解體為粉碎狀的滑體組成，極為松散、破碎，其中的巖塊大小混雜、無(wú)分選、無(wú)磨圓，且可見(jiàn)大塊石擠壓翻滾現(xiàn)象。

圖3 東河口滑坡滑動(dòng)~墜落圖

2.2.4 傾倒~滑落型地震滑坡

位于斜坡上部的高傾角反傾巖層的坡體在地震時(shí)發(fā)生傾倒、滑落，滑體產(chǎn)生巨大作用力推動(dòng)坡面下部巖土體發(fā)生滑動(dòng)?；潞蟊跒楦邇A角巖層的傾倒滑裂面或殘留危崖；中部坡面淺層滑動(dòng)明顯；在坡腳形成倒石堆。

以草壩河滑坡為例，見(jiàn)圖4，從滑坡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、堆積特征分析：滑坡所在區(qū)域?qū)儆谥懈呱降孛?，岷江及其支流?duì)山體的切割深度較大，形成了陡峻的山勢(shì)，坡體近乎直立。山體基巖巖性主要為花崗巖，受茂汶斷裂帶影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，尤其豎向節(jié)理發(fā)育強(qiáng)烈。巖層傾面為反傾面，傾角40°，在地震作用下，發(fā)生了傾倒~滑落型地震滑坡。

圖4 草壩河滑坡傾倒~滑落圖

2.2.5 復(fù)合型地震滑坡

復(fù)合型地震滑坡在分類時(shí)并不是指一個(gè)單獨(dú)的類型，此類滑坡規(guī)模一般都較大，形成的條件、因素多樣，在滑體的不同部位，滑坡發(fā)育呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，反映出不同的成因類型。

以大光包滑坡為例，見(jiàn)圖5，從滑坡的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、堆積特征分析：原地貌分為三段，即大光包孤立山脊段高程2700~3047m，坡度55°；斜坡段Ⅰ，坡面1700~2700m，坡度30°；斜坡段Ⅱ，坡面高程1500~1700m，坡度50°。震裂階段，地震作用下坡體產(chǎn)生潰裂，內(nèi)部松弛和解體；高速潰滑階段，在地震作用下，沿著陡坡高速滑動(dòng)；震動(dòng)堆積階段，潰滑而下的散體物質(zhì)在溝內(nèi)狹窄空間里反復(fù)地滾動(dòng)、篩動(dòng)，形成頂部舒緩波狀堆積；二次拋射階段，斜坡主體初次潰滑后，2700~2800m 高程以上還剩下孤立主峰。主峰前緣失去支撐而使地震放大效應(yīng)更顯著，產(chǎn)生二次高速拋射。

圖5 大光包滑坡復(fù)合滑落圖

3 防治方法研究

3.1 地震滑坡預(yù)警技術(shù)發(fā)展

由于地震滑坡具有發(fā)生時(shí)間短、威力大、范圍廣的特點(diǎn)，因此地震滑坡預(yù)防就顯得尤為重要，提前預(yù)防或進(jìn)行治理，能最大程度地減少滑坡災(zāi)害對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)造成的損害。地震所誘發(fā)的滑坡具有突發(fā)特點(diǎn)，而且地震發(fā)生的預(yù)報(bào)也難以做到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，所以通過(guò)監(jiān)測(cè)地震或坡體的方法去提前預(yù)警地震滑坡的發(fā)生難度是極大的。顆粒介質(zhì)地震前兆探測(cè)技術(shù)在地震滑坡預(yù)警中起到了一定進(jìn)展，其原理和關(guān)鍵是將探測(cè)器放置于土體顆粒中，并將地殼層當(dāng)作顆粒物質(zhì)處理，將應(yīng)變傳感器安置于顆粒中，將地震與顆粒物質(zhì)之間的相互作用傳到地面，以達(dá)到預(yù)警的作用。

目前地震滑坡的預(yù)警技術(shù)主要是針對(duì)地震引發(fā)的次生災(zāi)害滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)警和防治，防止滑坡形成地震次生災(zāi)害鏈。這在震后不穩(wěn)定斜坡的防治過(guò)程中取得了較好效果，有效避免了災(zāi)害鏈的形成和發(fā)生。

3.2 地震滑坡次生災(zāi)害鏈防治

2008 年汶川地震在四川山區(qū)誘發(fā)了大量的滑坡山地災(zāi)害，山體的整體性和穩(wěn)定性遭到嚴(yán)重破壞。隨著發(fā)生時(shí)間的推移，對(duì)地震次生山地災(zāi)害進(jìn)行正確認(rèn)識(shí)并進(jìn)行有效防治成為當(dāng)前和將來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)必須要解決的重要問(wèn)題。由地震作用引發(fā)的次生山地災(zāi)害鏈危害遠(yuǎn)大于單體，只針對(duì)災(zāi)害單體進(jìn)行防治難以做到對(duì)整個(gè)災(zāi)害鏈的遏制。認(rèn)識(shí)單個(gè)災(zāi)害的產(chǎn)生機(jī)理，找出整體減災(zāi)方法，才能起到治標(biāo)治本的目的。

地震次生山地災(zāi)害鏈?zhǔn)且环N特殊的山地鏈條式災(zāi)害組合形式，由崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等各類災(zāi)害形式，其間相互引發(fā)、轉(zhuǎn)換，可能形成崩塌-滑坡-災(zāi)害、崩塌-滑坡-堰塞湖-災(zāi)害、崩塌-滑坡-泥石流-災(zāi)害等災(zāi)害鏈形式。這些災(zāi)害鏈?zhǔn)沁B續(xù)、連鎖的，是自然環(huán)境、誘發(fā)因素和災(zāi)害過(guò)程綜合作用的結(jié)果，因此分析山地災(zāi)害鏈，不僅要分析單個(gè)災(zāi)害體的內(nèi)在啟動(dòng)條件，也要分析其誘發(fā)條件和機(jī)制。根據(jù)災(zāi)害過(guò)程、成因規(guī)律分析各災(zāi)害之間的關(guān)系和轉(zhuǎn)化，需要在把我次生山地災(zāi)害鏈規(guī)律特點(diǎn)上，進(jìn)行長(zhǎng)期和系統(tǒng)規(guī)劃才能完善防治。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)研究汶川地震中的典型地震滑坡，根據(jù)滑坡的運(yùn)動(dòng)、堆積特征，將地震滑坡進(jìn)行分類，并闡述了其滑動(dòng)特點(diǎn)、滑動(dòng)過(guò)程和滑動(dòng)機(jī)制，得到以下結(jié)論：

①地震滑坡的實(shí)質(zhì)是地震作為誘發(fā)因素，誘發(fā)因素主要是地震慣性力和超孔隙水壓力。根據(jù)對(duì)滑坡的作用過(guò)程，可以分為啟動(dòng)動(dòng)力效應(yīng)、變形位移加速效應(yīng)、累進(jìn)破壞效應(yīng)三個(gè)過(guò)程。

②將地震滑坡分為了五種類型，即整體滑動(dòng)型、碎裂滑動(dòng)型、墜落~滑動(dòng)型、傾倒~滑落型和復(fù)合型五類，并詳細(xì)分析了這五種類型的滑動(dòng)特點(diǎn)、滑動(dòng)過(guò)程和滑動(dòng)機(jī)制。

③地震滑坡防治需要結(jié)合地震次生山地災(zāi)害進(jìn)行綜合防治，把握其規(guī)律特點(diǎn)，長(zhǎng)期和系統(tǒng)規(guī)劃。