高烈度地震區(qū)高位滑坡穩(wěn)定性評價及運動轉(zhuǎn)化沖擊能量計算

摘要 文章以“9·5”瀘定地震雷打樹滑坡為例，在詳細勘察的基礎(chǔ)上，對其發(fā)育特征、變形破壞機理進行深入分析，評價其穩(wěn)定性，并劃分滑坡亞區(qū)為高位滑動區(qū)、運動轉(zhuǎn)化區(qū)及坡腳沖擊區(qū)，判別該高位滑坡的運動轉(zhuǎn)化形式，將高位滑坡運動轉(zhuǎn)化的物源形式分為崩塌落石和泥石流兩部分，分別計算兩者的運動速度及沖擊能量。為公路防護提供設計理論依據(jù)，同時為高烈度地震區(qū)高位滑坡的分析評價提供方法參考。

關(guān)鍵詞 高烈度地震區(qū)；高位滑坡；穩(wěn)定性；運動轉(zhuǎn)化；沖擊能量

中圖分類號 P642 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0007-04

0 前言

2022年9月5日12點52分00秒（北京時間）在甘孜藏族自治州瀘定縣磨西鎮(zhèn)（北緯29.59度，東經(jīng)102.08度）發(fā)生6.8級地震，震源深度16 km，震中位于甘孜藏族自治州瀘定縣磨西鎮(zhèn)。強震導致省道S217石棉縣走廊帶內(nèi)（大渡河大橋至石棉縣城段）不良地質(zhì)多發(fā)，共計發(fā)育不良地質(zhì)145處，其中滑坡46處，普遍具有發(fā)育規(guī)模大、位置高的特點。

高位滑坡（崩塌性滑坡），是指剪出口高于坡腳的滑坡，其沿滑動方向一旦滑離滑坡發(fā)生區(qū)后，運動可能轉(zhuǎn)化為四種形式（如圖1所示）：崩塌落石、碎屑流動、碎屑滑動和泥石流[1]。高位滑坡的后緣與坡腳的相對高差較大，且這種高差越大，滑坡體蘊藏的勢能越大[2]。

該文以“9·5”瀘定地震雷打樹高位滑坡為例，對該滑坡的發(fā)育特征、變形破壞機理進行分析，其破壞后的運動轉(zhuǎn)化形式可分為崩塌落石和泥石流兩種，分別計算兩種形式的運動速度和沖擊能量，并綜合取值，以期為下方公路防護提出合理的建議處治措施和設計理論依據(jù)。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

研究區(qū)地形地貌主要受構(gòu)造和巖性的制約，山高谷深，坡陡嶺峻，地勢起伏大?；聟^(qū)所在斜坡坡度一般為38°～50°，臨空條件好，坡面植被較發(fā)育，多為松柏及灌木。該高位滑坡可分為A、B、C三區(qū)，受“9·5”瀘定地震強烈擾動的影響，A、B兩區(qū)的平面形態(tài)均呈“上下寬、中間窄”狀，根據(jù)Nicoletti P G等[3]的研究，該高位滑坡屬于“狹長型”，C區(qū)為牽引區(qū)，如圖2所示。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)地表覆蓋層主要為角礫及碎塊石，灰白、褐黃色，呈松散狀，石質(zhì)成分主要為全～強風化中粗?；◢弾r，角礫粒徑一般0.5～2 cm，碎塊石最大塊徑可達

1.2 m?；鶐r主要為元古代（γ2）中粗?；◢弾r，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為長石、石英，其次為云母、角閃石，全風化巖體極破碎，手掰易碎，呈礫狀（如圖3所示），強風化巖體破碎，敲擊易碎，呈塊狀（如圖4所示），巖性風化程度影響了雷打樹滑坡物源形成的塊徑分化。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

滑坡區(qū)所處走廊位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶北端與青藏滇緬印尼巨型“歹”字形構(gòu)造的交接、歸并部位，同時受華夏系在龍門山構(gòu)造帶南端殘余部分的影響。距離雷打樹滑坡較近的構(gòu)造主要為大渡河斷裂南段之得妥斷裂，以及磨西斷裂（即為“9·5”瀘定地震發(fā)震斷裂），兩條斷裂均位于滑坡區(qū)西側(cè)，分別相距2.5 km、3 km。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），滑坡區(qū)所在場地的震動峰值加速度為0.30 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，相應地震基本烈度為Ⅷ度。

2 發(fā)育特征和變形破壞機理

2.1 發(fā)育特征

雷打樹滑坡可分為A、B、C三區(qū)，A、B為滑動破壞區(qū)，C區(qū)為牽引區(qū)。

A區(qū)前緣剪出口高程為1 213.9 m，后緣剪出口高程為1 292.1 m，高差約78.2 m。斜坡坡腳高程為995.2 m，滑坡影響區(qū)相對高差約296.9 m，底寬約109 m，坡面縱長約470 m，自然斜坡坡度一般為38°～44°，主滑方向約為319°，滑體物質(zhì)組分主要為角礫及碎塊石，松散狀。

B區(qū)前緣剪出口高程為1 129.9 m，后緣高程1 224.2 m，

高差約94.3 m。斜坡坡腳高程為999.8 m，滑坡影響區(qū)相對高差約224.4 m，底寬約119 m，坡面縱長約350 m，

自然斜坡坡度一般為40°～50°，主滑方向約為306°，滑體物質(zhì)組分主要為角礫及碎塊石，松散狀。

A區(qū)和B區(qū)前、后緣剪出口邊界均可見全風化中粗?；◢弾r出露（如圖5～6所示），兩側(cè)以坡面小溝槽側(cè)壁為界（如圖7所示），斜坡坡腳可見強風化花崗巖出露（如圖8所示）。

2.2 變形破壞機理

滑坡A、B兩區(qū)的滑動變形機理較相同，均可劃分為AI（BI）、AII（BII）、AIII（BIII）三個亞區(qū)（如圖9所示）。

AI、BI區(qū)為高位滑動區(qū)，在該區(qū)完成滑動變形后，滑體順坡面向下滑動、滾落，而后進入AII、BII區(qū)。據(jù)現(xiàn)場勘查，AI區(qū)的殘余滑體平均厚度約3.3 m；BI區(qū)的殘余滑體平均厚度約2.9 m（殘余物源現(xiàn)多數(shù)位于AI、BI區(qū)內(nèi)）。伴隨著該高位滑坡發(fā)育、滑動和再調(diào)整的過程，AI、BI區(qū)殘余滑體仍將受牽引而繼續(xù)破壞的可能性極大，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及分析前期破壞規(guī)律，高位滑坡AI、BI兩區(qū)首先將分別沿裂縫L1、L3產(chǎn)生張拉變形后破壞（如圖10～11所示）。

AII、BII區(qū)為運動轉(zhuǎn)化，伴隨運動轉(zhuǎn)化，滑體物質(zhì)組分可分為兩部分：一部分以角礫為主，粒徑0.5～2 cm，

石質(zhì)成分為全風化中粗?；◢弾r；另一部分為碎塊石，最大塊徑可達1.2 m，石質(zhì)成分為強風化中粗?；◢弾r?；w沿AII、BII區(qū)的坡面小溝槽滑動、滾落至坡腳進入AIII、BIII區(qū)，AII、BII區(qū)覆蓋層殘余厚度平均約0.5 m，局部可見基巖出露。

AIII、BIII區(qū)為坡腳沖擊區(qū)，經(jīng)由AII、BII區(qū)運動轉(zhuǎn)化后的組分，進入坡腳AIII、BIII區(qū)。上述角礫部分多以碎屑流形式運動，在暴雨工況下則發(fā)展為泥石流，碎塊石則沿坡面滾動，形成崩塌落石，除一部分角礫在下滑過程中殘留于AIII、BIII區(qū)，其余則與碎塊石一同對下方既有公路造成沖擊。AIII區(qū)的平均殘余厚度約2.1 m；BIII區(qū)的平均殘余厚度約2.3 m。

3 穩(wěn)定性評價

在詳細勘察的基礎(chǔ)上，定性判斷認為在現(xiàn)狀條件下，該高位滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部常伴有零星物源滑落至公路的情況發(fā)生，穩(wěn)定性系數(shù)取1.02～1.04，對巖土體參數(shù)進行定量反演計算，結(jié)果如表1所示。

利用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件，分別計算在天然、暴雨和地震工況下的1-1′和2-2′剖面的穩(wěn)定性系數(shù)，如表2所示。雷打樹滑坡在天然工況下為欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨、地震工況下不穩(wěn)定。

4 沖擊能量計算

按前期破壞規(guī)律，高位滑坡AI、BI兩區(qū)殘余物源首先將分別沿裂縫L1、L3產(chǎn)生張拉變形后破壞，AI、BI兩區(qū)的變形破壞方量分別約24.66立方米/延米和20.78立方米/延米。在暴雨工況下，多數(shù)滑體將沿坡面溝槽形成泥石流，少量塊徑較大的物源將沿坡面滾落形成落石，分別采取崩塌落石和泥石流兩種形式進行運動速度和沖擊能量的計算，合理分析災害物源運動至坡腳時對既有公路造成的影響。

4.1 崩塌落石運動速度及沖擊能量計算

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及判定，物源中發(fā)育塊體的最大塊徑可達

1.2 m×0.6 m×0.6 m ，如圖12所示。由于坡面堆積殘留薄層松散狀角礫，塊體的運動方式主要是沿坡面滾動至下方現(xiàn)有公路坡腳，發(fā)生彈跳、拋射的可能性較小。

塊體的天然密度取2.6 g/cm3，體積取1.2 m×0.6 m ×0.6 m=0.432 m3。

采用蘇聯(lián)尼·米·羅依尼什維里教授[4]提出的落石運動速度的計算方法，其速度按下式計算：

（1）

式中：H——石塊墜落高度（m）；g——重力加速度

（m/s2）；α——山坡坡度角（°）；K——石塊沿山坡運動所受一切有關(guān)因素綜合影響的阻力特性系數(shù)，可按表3所列公式計算。

分別針對1-1′、2-2′剖面進行計算，崩塌落石運動參數(shù)如表4所示。

由計算結(jié)果可知，崩塌落石沿1-1′、2-2′剖面滾落下滑的運動速度VJ分別為35.13 m/s、32.85 m/s，碰撞前沖擊能量分別為831.75 kJ、727.43 kJ。

4.2 泥石流運動速度及沖擊能量計算

根據(jù)原鐵道部第二勘察設計院推薦的西南地區(qū)經(jīng)驗公式：

（2）

式中：VC——泥石流斷面平均流速（m/s）；1/n——清水河床糙率系數(shù)，查水文手冊；R——水力半徑，單位為米（m）；I——泥石流水力坡度（用小數(shù)表示），一般可用溝床縱坡代替；——泥沙修正系數(shù)；——泥石流固體物質(zhì)容重（t/m3）。

其中：

（3）

式中：——泥石流容重（t/m3）；——清水容重，

（t/m3），取=1.0 t/m3。

依據(jù)上述公式計算可得泥石流流速，如表5所示。

由計算結(jié)果可知，泥石流平均流速為18.76 m/s，AI、BI兩區(qū)變形破壞后的沖擊能量分別為8 460.88 kJ、

7 129.64 kJ。

5 建議

根據(jù)運動轉(zhuǎn)化情況及上述崩塌落石、泥石流的沖擊能量計算結(jié)果，針對崩塌落石建議在坡體中下部設置多級攔石網(wǎng)進行消能處理，針對泥石流建議于既有公路設置明洞，且在洞頂設置緩沖墊層和相應的過流措施。

6 結(jié)論

（1）雷打樹滑坡從平面發(fā)育形態(tài)上可分為A、B、C三區(qū)，從運動表現(xiàn)形式上可分為AI（BI）、AII（BII）、AIII（BIII）三個亞區(qū)，分別為高位滑動區(qū)、運動轉(zhuǎn)化區(qū)和坡腳沖擊區(qū)。

（2）雷打樹滑坡運動轉(zhuǎn)化過程主要發(fā)生于AII、BII區(qū)，滑體在該區(qū)轉(zhuǎn)化為崩塌落石和泥石流兩種災害形式。

（3）崩塌落石沿兩個坡面溝槽滾落下滑的運動速度VJ分別為35.13 m/s、32.85 m/s，碰撞前沖擊能量分別為831.75 kJ、727.43 kJ。

（4）AI、BI兩區(qū)變形破壞發(fā)展為泥石流后的平均流速為18.76 m/s，沖擊能量分別為8 460.88 kJ、7 129.64 kJ。

（5）依據(jù)崩塌落石和泥石流兩種災害形式，以及計算所得運動速度及沖擊能量，建議采取多級攔石網(wǎng)和明洞等措施進行針對性分類防護。

參考文獻

[1]陳自生.高位滑坡的運動轉(zhuǎn)化形式[J].山地學報， 1992（4）：225-228.

[2]丁保艷，翟向華，張衛(wèi)雄，等.大型高位堆積體滑坡穩(wěn)定性分析與數(shù)值模擬[J].地震工程學報， 2022（4）：786-793+802.

[3]Nicoletti P G， Sorrisovalvo M. Geomorphic controls of the shape and mobility of rock avalanches[J]. Geological Society of America Bulletin， 1991（10）：1365-1373.

[4]H.M.羅依尼什維里.鐵路防治崩塌建筑物[M].蘭州：鐵道部第一勘測設計研究院， 1962：92-95.

收稿日期：2024-06-24

作者簡介：范智浩（1993—），男，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)勘察與巖土工程方面的工作。