第26卷第3期岩石力学与工程学报V ol.26 No.3 2007年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March,2007 20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制
黄润秋
(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家专业实验室,四川成都 610059)
摘要:中国是一个滑坡灾害极为频繁的国家,其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位,尤其是在中国的西部地区,大型滑坡更是以其规模大、机制复杂、危害大等特点著称于世,在全世界范围内具有典型性和代表性。收集20世纪以来发生在中国大陆的典型大型滑坡灾害实例,并重点对其中的11例进行深入的分析和讨论;这些大型滑坡涉及到不同的地质环境条件和坡体地质结构,具有不同诱发机制和触发因素。分析结果表明,中国大陆大型滑坡发育最根本的原因是具有有利的地形地貌条件,约80%的大型滑坡发生在环青藏高原东侧的大陆地形第一个坡降带范围内。同时,该地区也是世界上板内构造活动最为活跃的地区,其地壳内、外动力条件强烈的交织与转化,促使高陡边坡发生强烈的动力过程,从而也促进大型滑坡灾害的发育。强震、极端气候条件和全球气候变化构成大型滑坡发生的主要触发和诱发因素:中国南方暴雨强度达到200~300 mm/d时就易于触发大滑坡的发生;
中国西北地区春季冻结层的融化,也是大规模黄土滑坡发生的诱因。近年来全球气候变化导致气温上升、雪线上移、冰川后退、冰湖溃决,也都成为特定地区大型滑坡灾害发生的诱发和触发因素。另外,7
0%以上大型滑坡发生与人类活动有密切的关系。滑坡机制分析结果表明,中国的大型滑坡通常具有复杂的生成机制:总的来看,大型滑坡发生的岩土介质主要有以下3类,即岩质滑坡、土层滑坡和松散堆积层滑坡。除松散堆积层滑坡,前两者都涉及复杂的演化机制及过程,其典型的地质–力学模式包括:滑移–拉裂–剪断“三段式”模式、“挡墙溃决”
模式、近水平岩层的“平推式”模式、反倾岩层大规模倾倒变形模式、顺倾岩层的蠕滑(弯曲)–剪断模式等。每一类模式都具有其对应的岩体结构条件和特定的变形破坏演变过程。通常大型岩质滑坡的发生一般都伴随有滑动面上“锁固段”的突发脆性破坏,“锁固段”在岩质边坡的变形控制和稳定性机制中具有重要地位,也是边坡地质灾害评价与控制的关键。实践结果表明,查明边坡(滑坡)变形破坏的地质力学模式是滑坡地质灾害防治的基础所在。
jiase关键词:边坡工程;大型滑坡;实例研究;发育规律;形成机制
中图分类号:P 642.22 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2007)03–0433–22 LARGE-SCALE LANDSLIDES AND THEIR SLIDING MECHANISMS IN
CHINA SINCE THE 20TH CENTURY
HUANG Runqiu
啦组词 三年级(National Professional Laboratory of Geological Hazards Prevention and Geological Environment Protection,Chengdu University of
Technology,Chengdu,Sichuan610059,China)
Abstract:The landslides occur frequently in China. In particular,large-scale landslides are dominant and extremely important. In West China,the large-scale landslides are notable for their scale,complex formation mechanism and serious destruction,which are typical and representative in the world. Data were collected from some typical large-scale landslides occurred in mainland of China since the 20th century. Among these cases,nine landslides were comprehensively analyzed and discussed. These cases represent different geological conditions,different triggering mechanisms and induced factors. This study shows that the fundamental cause for large-scale landslide in China is due to the topographical and geomorphological conditions. About 80 percent of large-scale landslides were found in the first slope-descending zone of the mainland topography around the eastern margin of
收稿日期:2006–08–22;修回日期:2006–10–20
基金项目:国家自然科学基金雅砻江水电开发联合研究基金重点项目(50539050)
作者简介:黄润秋(1963–),男,博士,1983年毕业于成都地质学院水文地质与工程地质专业,现任教授、博士生导师,主要从事工程地质和岩土工程方面的教学与研究工作。E-mail:hrq@cdut.edu
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Tibet plateau. Moreover,this area is the most active area of the plate tectonic activities. The intensive interactions between the endogenic and epigenetic geological process cause serious dynamic change of the high steep slope,which are resulted in the development of large-scale landslides. Strong earthquake,extreme weather conditions and the global climatic change are the main triggering factors of large-scale landslides. In South China,it is easy to trigger large-scale landslides when storm causes 200–300 mm/d of heavy rainfall. In Northwest China,the thawing of the frozen layer in spring is the main cause of large-scale landslides in loess region. In recent years,global warming causes the temperature to rise,snow line to shift,glacier recession and glacier lakes to collapse. These factors are also the triggering factors of large-scale landslides in some areas. In addition,the causation of more than 70 percent of large-scale landslides is closely related to the human activities. Detailed analyses of the cases show that the mechanisms of large-scale landslides in China are complex. The large-scale landslides can be summarized into three types:rock landslides,soil landslides and landslides in debris. The typical geomechanical models
of large-scale landslides in rocks are shown as following:the “three sections” sliding-tension cracking-shearing),“retaining wall collapse”model,“horizontal-pushing”model in horizontal strata,large-scale toppling model in anti-dip strata,and the creep-bending-shearing model,etc.. Each model corresponds to some specific rock structure conditions and deformation processes. When large-scale rock landslides occur,they are generally accompanied by the suddenly brittle failure of the“locked section”along the potential sliding surface. The“locked section”is extremely important to the deformation control and stability of the rock slope,which is also the key factor for the assessment of slope geohazard and for the development of control methods. It is shown in engineering practice that the correct understanding and using of geological and mechanical model are the fundamental keys for the prevention of large-scale landslides.
Key words:slope engineering;large-scale landslide;case study;development rules;formation mechanism
1 引言
自20世纪初中期以来,随着世界人口的不断增长、人类活动空间范围的逐渐扩展、以技术和经济条件为支撑的工程活动对地质环境扰动程度的不断加大,加之受到全球气候变化(如厄尔尼诺,El Niño)等
因素的影响,滑坡灾害,尤其是大型滑坡灾害发生频率越来越高,所造成的经济损失和人员伤亡也不断加大[1~3]。到目前为止,全球范围内凡是有人类居住和工程活动的山岭地区,几乎都有滑坡灾害发生,成为各灾种中频度最高、损失最大的地质灾害类型[4,5]。在欧洲,瑞典、挪威所在的斯堪的纳维亚半岛地区,占据法国东部、瑞士、奥地利及意大利北部的阿尔卑斯山地区、纵贯意大利全境的亚平宁山区及英国大部都是滑坡灾害的高发区[6~10]。处于美洲板块边缘、呈SN向断续分布的落基山脉、马德雷山脉及安第斯山脉在构成美洲大陆西部屏障的同时,也在所经过的加拿大、美国、墨西哥、萨尔瓦多及智利等国家和地区孕育着全球最多的滑坡灾害[3,11]。位于西太平洋第一岛链上的日本、省、青藏高原南缘喜马拉雅地区的尼泊尔及印度北部是亚洲滑坡灾害的高发区[12~14]。
中国是亚洲乃至世界上滑坡灾害最为严重的地区之一,特别是20世纪80年代以来,随着经济建设的恢复与高速发展及自然因素的影响,滑坡灾害呈逐年加重趋势。目前,全国范围内除山东省没有发现严重的滑坡灾害外,其余各地均有发生。其中以西部地区(西南、西北)的云南、贵州、四川、重庆、西藏以及湖北西部、湖南西部、陕西、宁夏及甘肃等省区最为严重。据初步统计,全国至少有400多个市、县、区、镇,10 000多个村庄受到滑坡灾害严重侵害,有证可查的滑坡灾害点约为41×104多处,总面积为173.52×104 km2,占国土总面积的18.10%(截至2000年)。1995年以来,滑坡造成的年均死亡人数已连续多年超过1 000人,严重的滑坡灾害不仅给当地居民的生命财产造成极大损失,还摧毁相当数量的工厂和矿山,并严重影响铁路、公路、水运及水电站等基础设施的安全运营[15~21]。
大型滑坡不仅自身失稳影响范围广,而且由于其巨大的势能,往往在脱离母岩后形成高速、远程“崩→滑→流”复合的灾害地质体[22,23],带来毁灭性破坏和重大人员伤亡。因此,长期以来,大型滑坡在滑坡灾害研究中一直居于核心地位,也是各国学者报道、研究的重点[16,24~35],如1950年9月瑞典尔特土质滑坡(体积400×104m3,40余栋房屋被毁,交通中断;1963年10月意大利瓦意昂(Vaiont)水库滑坡(体积2.7×108 m3,2 500~2 600人
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死亡)[24];1980年5月美国华盛顿州海伦斯火山爆发,引发体积高达2.8 km3的特大“崩→滑→流”灾害[3,16];1998年8月飓风米歇尔带来的强降雨在洪都拉斯诱发的体积达600×104m3的厄尔百林彻深层滑坡;2001年1~2月萨尔瓦多发性地震滑坡(体积约75×104 m3的Santa Tecla滑坡造成500多人死亡[25])等。自20世纪以来,中国也先后发生一系列大型和巨型滑坡,如1920年的宁夏海原地震滑坡、1933年的四川岷江叠溪滑坡、1965年云南禄功大滑坡等特大型滑坡灾害事件[4,15,16];尤其是20世纪80年代以来,中国大型滑坡伴随社会经济活动的迅速发展,而进入一个新的活跃期,相继发生1982年7月的长江鸡趴子滑坡、1983年3月的甘肃洒勒山滑坡、1989年7月的四川华蓥山溪口滑坡、1991年9月的云南昭通头寨沟滑坡、1996年6月的云南元阳县老金山滑坡、1997年7月的南昆铁路八渡滑坡、2000年4月的西藏波密易贡滑坡以及2004年7月的四川宣汉滑坡等20余处滑体在200×104 m3以上的大型和特大型滑坡,给国民经济建设和社会发展造成重大损失。
2 20世纪以来中国典型大型滑坡事件
2.1 岷江叠溪地震滑坡
叠溪位于四川茂县的岷江上游左岸,距成都249 km、距茂县56 km,东经103°41′、北纬32°01′,是一依山傍水修建的山区古城。叠溪是扼守川西平原通往松潘草原和青海、甘肃等省区重要交通要道。
1933年8月25日15:53,叠溪发生震中烈度X度的7.5级强烈地震,波及范围北至西安,东至万县,西抵马尔康,南达昭通。VIII度以上烈度区面积达2 000 km2,而VI度以上的烈度区面积更大,达1.4×104 km2。震中区的沙湾、叠溪、较场坝、猴儿寨、龙池等地瞬间天昏地暗,山崩江断,峰晃荡,叠溪古城刹那间被WN向山崩塌下岩石埋葬。
由于发生在山区,此次地震的突出特征是在广大范围内诱发强烈的河流岸坡及沟谷斜坡的崩塌与滑坡,这些崩滑灾害摧毁了叠溪古城、沙湾、较场坝、猴儿寨、龙池及附近的21个羌寨,造成6 865人死亡,1 925人受伤。
斜坡崩滑形成的滑坡坝在岷江及其支流上形成不同规模的11个堰塞湖,其中以叠溪附近的大、小海子规模最大。较场坝以北岷江两岸的观音崖和银屏崖遥相对峙,地震时二者从山顶坠入岷江,形成长800 m,宽170 m,高255 m的大海子拦河大坝。至今,大海子水深仍有98 m,并保持7.30×107m3的库容[27]。小海子位于大海子下游,并与其首尾相接,由较场滑坡堵江形成(见图1)。
图1 1933年地震在叠溪—松平沟一带诱发的崩滑灾害分布[36]
丝巾的系法Fig.1 Landslides and rockfalls distribution induced by strong earthquake at Diexin—Songping belt in 1933[36]
地震后第45 天,即1933年10月9日19:00,强烈的余震引发松平沟、白腊寨等7处海子溃决,加之岷江上游松潘地区阴雨连绵,江水暴涨,大海子拦河大坝溃决,积水倾湖而出,长驱直下,大店以上水位高达60 m,到达灌县时水位仍有12 m高,都江堰洪水流量高达10.2×103 m3/s。特大洪水消退后,江边到处是人畜尸体,仅茂汶一县就死亡2 500余人,加上汶川、灌县等,共造成8千余人死亡[37]。
叠溪地处松潘—甘孜地槽褶皱带、秦岭近地槽褶皱带与龙门山断裂带构成三角地带内,区域构造主要表现为一系列紧密线状弧形倒转褶皱及相伴的冲断层。区内出露基岩为泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系浅变质岩,主要为变质砂岩、大理岩化灰岩、千枚岩和板岩等。
叠溪地震诱发的斜坡灾害中,以较场滑坡的规模最大。较场滑坡堆积体位于小海子左岸,前缘顺岷江分布,长1 400 m。位于高程2 110~2 425 m,顺坡向平均长约1 400 m,垂直于坡向的平均宽约900 m,平面面积约1.5 km2,其滑坡体平均厚度约170 m,体积约2.1×108 m3。滑坡堆积体前缘宽、后缘窄,由数个不同高程平台和连结斜坡构成,坡面坡度15°~35°,前缘斜坡坡度一般40°~50°,局部达70°。根据物质组成,较场滑坡堆积体可分为前后2部分。后部具有二元结构,上部为第四系湖泊相沉
积、底部为具有碎裂结构的三叠系变质砂岩、结晶灰岩和千枚岩。堆积体前部主要表现为由块碎石和亚砂土组成的崩塌堆积;其滑体前缘超覆于岷江漂卵砾石冲积层之上,形成小海子滑坡坝[38]。2.2 雅砻江唐古栋滑坡
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1967年6月8日9时,四川甘孜州雅江县波斯河乡下日村西南约1 km的雅砻江右岸唐古栋发生大规模岸坡垮塌滑移[39~42]。滑坡后缘与坡脚高达1 030 m,最大水平长度1 900 m,最大宽度1 300 m,分布面积1.7 km2,体积达6.8×107 m3。由于地处高寒山区,植被不易恢复,滑坡所形成的巨大“伤疤”在近年拍摄的卫星图片上依然清晰可见。
唐古栋滑坡体在5 min之内高速滑入雅砻江并冲向对岸,形成一长约200 m,底宽(沿河长)3 050 m,左、右岸高度分别达到355和175 m的巨型滑坡坝。此后,坝前水位迅速上涨,回水区末端不断向上游延伸,最终到达距雅江县城不足30 km的洛昔,回水区长达53 km、蓄水6.8×108m3,而坝的下游流量则显著减少,甚至曾出现断流,200~300 km范围内,均出现全年最低水位(见图2)。
图2 唐古栋滑坡坝及其回水范围
Fig.2 Tanggudong landslide dam and its backwater scope
6月17日08:00,库水开始翻坝,14:00大坝溃决,形成非常性洪水。坝下游10 km处水位上涨达48 m,盐源县金河的水位上涨30 m(洼里水文站)、泸宁水文站水位上升20.4 m、雅砻江与安宁河汇合处附近的米易县得石水文站水位上涨16.6 m。此次溃坝洪水不仅引起雅砻江江水暴涨,且还波及到金沙江干流和长江上游,会理县鱼鲊水文站水位上涨12.4 m、向家坝附近的屏山水文站上涨6.87 m、宜宾上涨2.86 m,下游1 730 km的重庆寸滩水文站仍有1.54 m的水位升幅。
由于蓄积水量巨大,滑坡坝溃决不仅引起下游水位暴涨,且下泻流量也十分庞大。唐古栋的最大溃坝流量为5.70×104m3/s,下游的洼里、泸宁、得石及屏山水文站的洪峰流量则分别达到 2.36× 104,2.31×104,1.99×104和6.09×103 m3/s,整个垮坝过程大约持续12 h。
唐古栋滑坡的滑体为三迭系西康灰黑泥质板岩与中厚层砂岩,加之(物理)风化强烈,斜坡岩体自身质量较差。同时该斜坡恰好处于雅砻江与源于新都桥方向的吕曲汇合处下游附近的凹岸,河流侧蚀及坡脚冲刷强烈,最终导致斜坡失稳。
亲爱的小妹妹2.3 长江鸡扒子滑坡
1982年7月,重庆云阳地区连降暴雨,月降雨量达633.2 mm;17日20:00,位于云阳老县城下游1 k
m处鸡扒子长江左岸斜坡失稳,18日02:00,斜坡发生剧烈滑动,最大滑速达12.5 m/s,滑体前缘推入江中并直达对岸,最大滑距达200 m,最终形成西侧壁长1.4 km,东侧壁长1.6 km,面积0.77 km2,体积1.50×107m3的巨型滑坡,其中约2.30× 106 m3滑入长江航道(见图3)。
图3 长江鸡扒子滑坡(1982年)
Fig.3 Jipazi landslide on Yangtze River in 1982
鸡扒子滑坡虽未造成人身伤亡,但是毁坏房屋1 730间,工农业生产直接经济损失共600万元。更为严重的是,由于大量石块坠入长江中,河床淤高40 m,形成700 m的急流险滩,长江航运被迫中断
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7 d ,航道整治费高达8 000万元(当年价格),间接经济损失达1 000万元。
鸡扒子滑坡是宝塔老滑坡的一部分,其右侧边界(西翼)是宝塔滑坡的天然排水沟——石板沟。滑体厚度0.0~93.7 m ,一般厚30.0~70.0 m 。表层为粉质黏土夹钙质结核,中部粉质黏土夹块、碎石,下部层状碎裂岩体。该滑坡体为第四系堆积物及下部基岩沿软弱层面滑动,为老滑坡复活,并带动部分基岩滑动。滑带土由紫红粉质黏土含砂岩碎屑组成,厚度0.2~1.0 m ,天然状态下呈软塑或硬塑状,滑面保存着清晰擦痕,倾角6°~8°。滑床为蓬莱组(J 3P)长石石英砂岩和泥岩,EW 走向,倾向S(如图4所示)[43]。
图4 鸡扒子滑坡平面图[43]
Fig.4 Plan of Jipazi landslide [43]
强降雨是鸡扒子滑坡的直接触发因素。滑坡发生前后的24 h 降雨量达240.9 mm ,1 h 最大降雨量达38.5 mm 。变形初期,滑坡后缘的1.70×104 m 3土石坍滑到石板沟并将其堵塞,从而导致高强度降雨从后缘渗入滑体,导致滑体内地下水位大幅度上 升,平均水力梯度达到19‰。同时垂直方向的降水入渗也是坡体地下水位上升、介质力学性能快速劣化的重要因素。强大的动水和静水压力首先使滑体西部以塑性泥石流方式失稳,此后,中部和东部滑
体相继发生失稳滑移。 2.4 甘肃洒勒山滑坡
1983年3月7日,甘肃省东乡族自治县果园乡洒勒村北侧的洒勒山发生大规模高速滑坡,位于 高程2 283 m 的山脊瞬间滑落到高程2 080 m 的巴谢河谷,而滑体前缘在滑过宽800 m 宽的巴谢河及10 m 高的对岸岸坡后才停积下来,形成总体积达3.10×107 m 3的巨量滑坡堆积,
整个滑动过程历时不到1 min 。这一重大的灾害性滑坡事件将位于斜坡坡脚及巴谢河原河道附近的3个村庄彻底摧毁,共造成237人死亡。令人匪夷所思的是,滑坡发生时,位于斜坡上的一个村民抱住一棵大树,随滑坡体运行400 m ,停下后居然安然无恙。
滑坡区原始斜坡坡面陡峭,高程2 100 m 以上
的坡度达到30°~35°,坡面祼露,发育一系列冲沟,其中的2条后来成为滑坡的侧向边界。巴谢河是黄河一级支流洮河(在刘家峡坝址汇入黄河)的支流,
也是东乡县境内最重要的一条季节性河流,流向近EW 向(见图5)。滑坡区具有半干旱气候特征,年均降雨量485 mm ,其中80%集中在7~9月。1979年属多雨年份,年降雨量达到650 mm ,也正是这一年洒勒山山脊背后出现拉裂缝。滑坡发生前的1982年10~11月降雨66 mm ,明显高于正常年份。
斜坡从顶部向下依次为疏松的马兰黄土、半坚硬的离石黄土和近水平的第三系泥岩组成,泥岩中发育
一组走向近EW 、倾向S 、倾角73°~86°的构造裂隙;斜坡中下部被阶地沉积和古滑坡堆积和残坡积覆盖(见图5)[44]。
洒勒山滑坡体平面上形似手掌,其EW 宽700~1 100 m 、SN 长1 100~1 630 m 、厚5~75 m 、面积
1.3 km 2(见图6)[45]。
其主断壁长750 m 、高220~240 m ,倾角从顶部的75°逐渐过度到底部的45°,平均坡度55°。纵向上,滑坡体可分为前、后两部分。后部(北部)由一系列被细长的洼地分隔的EW 向山丘组成。长250~300 m 、宽50~60 m 的主洼地位于主断壁前,底部高程为2 020 m 。主洼地前是一个顶部高程为2 080 m 的细长小丘,由黄土覆盖的泥岩组成。泥岩层面倾向NW ,倾角10°,这是沿弧形破裂面发生旋转滑动的证据。滑坡堆积前部由丘状地形组成,高5~10 m 、近于平行分布;山脊之间是浅槽。此外还有些分散的小丘和土堆,特别是在滑体边缘。在该区域,原地面被8~50 m 厚的泥岩及其碎屑和黄土堆积覆盖,原来一级阶地上的砂卵石层几乎未被扰动,破裂面剪出口要高于一级阶地的水平。
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中国女明星素颜照长
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夫妻共同财产的认定滑坡周界
地物位移矢量 横张裂缝 上侏罗系蓬莱镇组
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滑坡时的长江水位
洼陷坑
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