汶川八级地震地质灾害研究

汶川八级地震地质灾害研究3

殷跃平

(中国地质调查局　北京　100037)

摘　要　汶川地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著。通过综合分析堰塞湖库容、滑坡坝高以及坝体物质组成和结构,对地震形成的33处坝高大于10m的滑坡堰塞湖进行了评估,划分出极高、高、中和低4种溃决危险。汶川地震滑坡滑床往往不具连续平整的滑面,“尖点撞击”是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,具有“地震抛掷”—“撞击崩裂”—“高速滑流”三阶段特征。在高速滑流中,发生3种效应:(1)高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1～3k m;(2)碎屑流效应,撞击粉碎的土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;(3)铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,举世罕见。青川东河口滑坡—碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,滑程约2400m,高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝,致使7个村庄被埋,约400人死亡。

关键词　汶川地震　滑坡　堰塞湖　高速远程

中图分类号:P694　　文献标识码:A

RESEARCHES O N THE GEO-HAZAR D S TR I GGERED BY W ENCHUAN EARTHQUAKE,S I CHUAN

YIN Yuep ing

(China Geological Survey,B eijing　100037)

Abstract　W enchuan Earthquake triggered landslides,r ock collap ses and debris fl ows at more than15000sites, which directly caused about20,000fatalities.There are more than10,000sites of potential geo-hazards,where an increase in sl ope collap ses is mostly noticeable,which shows the earthquake has substantially abnor mal acti ons on steep sl opes in the mountains.I n particular,the a mp lificati ons at mountain peaks is extre mely evident.A com2 p rehensive analysis of quake lake volu mes,landslide da m heights and their debris compositi ons and structures was carried out.An assess ment on the33landslide da mes of da m heights great than10m f or med by the earthquake was further conducted.Consequently,the landslide da m s were classified int o four types of the da m burst potential:ex2 tre mely high,high,inter mediate and l ow.The sliding beds of the landslides induced by the earthquake usually have non-continuous flat sliding beds."Shar p point collisi on"is a common and maj or characteristic.The sliding beds can be classified int o s poon-shaped,raised-shaped and staircase-shaped.Site investigati ons de monstrate that the vertical vibrati ons in buildings destr oyed by the earthquake adjacent t o the landslides were evident.The

3收稿日期:2008-07-20

作者简介:殷跃平,主要从事地质灾害研究与防治.Email:yyuep ing@mail.cgs.gov.cnlandslides have three stages:thr owing out of gr ound shocking,collisi on and collap sing and br oken,and high-s peed sliding fl ow.During the high-s peed sliding fl ow,three effects were occurring:(1)high-s peed air-bed effect,landslide debris were comp rised with larger r ock bl ocks and s oils,had enough thickness and the flying dis2 tance of1t o3k m.(2)B r oken debris fl ow effect,collisi on br oken s oils and r ocks were in a fl owing state,es pe2 cially they contained abundant water,f or m ing l ong distance fl ow sliding.(3)Shovel and scrap ing,huge collisi on forces induced collap se of r ocks at l ower porti on,which for med ne w landslides and collap ses,however,their thick2 nesses are not large and the sliding beds were non-s mooth and irregular.The t w o landslides at western Beichuan county and Dongheko of Q ingchuan county were analyzed in detail.They are used as exa mp les t o analyze the mech2 anis m of the high s peed and l ong distance sliding and hazard for mati on of earthquake landslides.The landslide at western Beichuan county buried1,600peop le and destr oyed several hundreds houses and buildings,which is the severest landslide disaster triggered by the earthquake and is a rear event in the world.The Donghekou landslide at Q ingchuan:Debris fl ow is a ty p ical high s peed and l ong distance landslide triggered by the earthquake.Its distrace is about2,400m.Its high-s peed debris fle w t o the left bank of Q ingjiang river and f or med landslide da m,resul2 ted7villages buried and about400fatalities.

Key words　W enchuan earthquake,Landslide,Quake lakes,H igh-s peed,Long distance.

1引　言

四川汶川“5・12”八级地震发生于青藏高原东部边缘的龙门山构造带。龙门山构造带经受青藏高原与四川盆地强烈的挤压,迄今仍处于活动状态,多次发生强烈地震,是我国乃至全球山脉中地形陡度最大区带之一,在100km的范围内,高差可达5000多米,形成高山峡谷,是长江上游多条河流分布区。

与我国其他强烈地震明显不同,汶川地震触发了大量的滑坡、崩塌、碎屑流,伴随暴雨,在岷江等流域多处形成泥石流,造成了惨重的人员伤亡和巨大财产损失。初步估计,地震地质灾害直接造成死亡可达2万人。本文将介绍汶川地震地质灾害的基本分布,并分析该区地震滑坡与堰塞湖,地震触发滑坡的动力学特征和滑坡高速远程滑动成灾的运动学特征。

2　地震地质灾害分布

龙门山地区地处我国第一地形台阶与第二地形台阶的转折地带,是地质灾害的高易发区。据震前开展过的地质灾害调查,在四川42个受灾县(市)共有地质灾害隐患点5430处,其中滑坡3572处、崩塌600处、泥石流737处、不稳定斜坡521处。地震发生后,国土资源部组织了800多名专业人员对灾区进行了系统排查,并开展了航遥调查,发生的滑坡、崩塌、泥石流约15000处,同时,新发现了地质灾害隐患点4970处,其中滑坡1701处、崩塌1844处、泥石流304处、不稳定斜坡1093处。

宏观上看,地震发生后,地质灾害隐患点增加了237%(表1),其中,以崩塌体增加最为显著,达到617%,远远超过其他灾种,随后为不稳定斜坡(480%),泥石流(152%)和滑坡(123%)。反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用非常显著,导致了崩塌灾害的大量发生。如果从灾种占总隐患点的比例上看,在震前滑坡占到了61%,而崩塌、泥石流和不稳定斜坡各占13%;在震后新增的隐患点中,崩塌占的比例最高,达34%,随后为滑坡(31%),不稳定斜坡(27%),泥石流(4%)。但是,在总的隐患点中,滑坡所占比例仍最高,达到40%,崩塌仅占27%(图1)

。

图1　极重灾区地震前后地质灾害隐患比例

Fig.1　Rati o of potential geohazards in the counties

of extreme severe hazards bef ore/after earthquake

434Journal of Engineering Geology　工程地质学报　2008表1　汶川地震极重灾区地质灾害隐患排查结果Table1　Potential geo-hazards in the counties of extre me severe hazards by earthquake

序号县

名

灾害点

灾害点个数/个

崩塌滑坡泥石流不稳定斜坡小计

1汶

川

震前已有7437110131震后新增150717843342合计15711414953473

2北

川

震前已有21211230255震后新增481682238276合计693794538531

3绵

竹

震前已有3547177106震后新增9431242151合计12978419257

4什

邡

震前已有21571311102震后新增83-669合计8565165171

5青

川

震前已有1876542141震后新增17721143837合计19528711485978

6茂

县

震前已有1160115震后新增679129100287合计7518245100402

7安

县

震前已有2252635

震后新增28373270合计306258105

8都

江

堰

震前已有19291655

震后新增195924544376合计2141214650431

9平

武

震前已有12605380

震后新增41117524187合计531771027267

10彭

州

震前已有870071149震后新增69431758187合计7711317129336

总计震前已有1517091531561169震后新增9338692327482782合计108415783859043951

与其他地震造成的灾害明显不同,汶川地震触发的滑坡、崩塌、泥石流造成的人员伤亡非常惨重,至今仍难以获得完整确切的数据,根据部分现场调查和访问,结合其他资料分析,列出了23处死亡人数大于30人的地震滑坡、崩塌灾害(表2)。其中,死亡人数最高的为北川老县城的城西滑坡,高达1600人,直接摧毁了近半数老县城建筑;从映秀到汶川的20km路段为成都—九寨沟的环线要道,由于被340多处滑坡、崩塌严重毁坏,至2008年7月20日仍未通行,地震发生时,正值客流高峰,根据后期修复道路清理出的客车毁灭情况,估计死亡人数高达1000人以上。

表2　汶川“5.12”地震滑坡灾害死亡人数表

(≥30人)(不完全数据)3

Table2Fatalities(≥30pers ons)due

t o earthquake-triggered landslides

序号

灾害点

名称

灾害

类型

灾害点位置

灾害体

规模/

万m3

因灾死

亡/人1城西滑坡滑坡北川县老城王家岩4801600 2樱桃沟滑坡滑坡

北川县陈家坝乡茶园梁

村

1806 3北川新中滑坡滑坡北川县新县城中学新区240500 4景家山崩塌崩塌北川县城南主干道5060 5韩家山滑坡群滑坡

北川县桂溪乡杜家坝村

1社

3050 6陈家坝滑坡滑坡北川县陈家坝场镇1200400 7红岩村滑坡滑坡北川县陈家坝乡红岩村480141 8太洪村滑坡滑坡

北川县陈家坝乡太洪村

(堰塞湖)

200150 9东河口滑坡滑坡青川县红光乡东河口村1000260 10大岩壳崩塌崩塌青川县曲河乡建新村7041 11郑家山滑坡群滑坡平武县南坝镇新平村125060 12林家坝滑坡滑坡平武林家坝20060 13马鞍石滑坡群滑坡平武县水观乡马鞍石村40034 14罐滩滑坡滑坡安县雎水镇罐滩144100

15

一把刀—小岗

箭

滑坡、

崩塌

绵竹县绵远河沿江路

滑坡、

崩塌

密集带

50 16红村电站滑坡滑坡石邡县石亭江红村电站100150 17黎明村滑坡滑坡

都江堰市紫坪铺镇黎明

村(213线)

20120 18小龙潭崩塌崩塌彭州市银厂沟景区5.4100 19

大龙潭沟口崩

塌

崩塌彭州市银厂沟景区10100 20谢家店滑坡滑坡彭州市九峰村7社400100 21连盖坪滑坡滑坡彭州市团山村4030 22

泰安9组崩滑

体群

崩塌

都江堰市青城山镇周家

坪

3个单

体总计

120万m3

62 23

映秀—汶川公

路滑坡崩塌

滑坡、

崩塌

都江堰—九寨沟旅游公

路沿线

滑坡、

崩塌

密集带

1000

合　　　计6074 3据四川省国土资源厅改

534

16(4)　殷跃平:汶川八级地震地质灾害研究

北川县城是遭受地震地质灾害最惨烈的城市

(图2),县城区面积不足2.0k m 2,坐落在湔江河发育形成的狭长河谷阶地上,汶川地震发震断裂自西南向北东切穿老城和新城,沿断裂带形成强烈逆冲变形带,致使带上或两侧建筑物倒塌和严重毁坏。老县城几乎一半被城西滑坡摧毁,新城南部遭受景家山崩塌的摧毁,崩塌由巨石组成,最大可达数百立方米,破坏力巨大,摧毁了数十幢房屋和县城主干道,人员死亡惨重(照片1)

。

图2　北川县城滑坡灾害分布图

Fig .2　Map of earthquake -triggered landslides

in the

Beichuan

照片1　巨石崩塌摧毁北川道路和建筑

Phot o 1　Destr oyed r oad and houses due t o huge r ockfalls

北川新中滑坡为古滑坡和危岩体的复合,据20

世纪90年代初中国水文地质工程地质勘查院909队的调查资料,该区为乱石窖滑坡区。滑坡母岩为上泥盆系和下石炭系厚层灰岩构成,滑坡长650m ,宽200m ,平均厚度20m ,最厚达40m ,前后缘高差达

300m ,体积约240万m 3

。滑坡具有崩塌特征,以块(巨)石为主,巨石单体体积可达1000m 3,产生巨大

冲击力,导致北川中学新区三层高的一排教学楼和临近建筑物被毁覆,近500人死亡(图3)。在滑坡堆积体前缘,沿原主街道地面出现鼓胀,估计与地震构造形成的逆冲破裂相关

。

图3　北川县城新中滑坡剖面图

Fig .3　Secti on of the Xinzhong landslide on the

Beichuan t own

3　滑坡堰塞湖及危险性评估

龙门山地区水系密集,主要有岷江水系、沱江水系、嘉陵江水系,均为山区河流,坡陡谷深,相对高差

最高达5000m 。汶川地震触发了大量滑坡、崩塌和泥石流堵塞河道。自北东向西南,形成堰塞湖的支流主要有清江河、涪江上游、通口河、湔江、秀水河、白水河、绵远河、石亭江、岷江、西河等(图4)。

堰塞湖的分布与龙门山地震断裂关系非常密切,其中,有22处堰塞湖分布在此次地震的发震断裂带上,占总数的1/3,特别是在湔江、绵远河和石亭江等,堰塞湖的发育沿主断裂带展布。当然,堰塞湖形成的必要条件是滑坡形成横贯河道的坝体,同时,必须有足够的河水,但是,可以肯定,沿发震断裂滑坡体的体积和滑动距离要比其他地段大,因此,成为堰塞湖的易发地段。

最大堰塞湖为位于湔江北川上游约5km 处唐家山滑坡所形成的堰塞湖(图5)。唐家山滑坡由中-强风化的片岩、板岩夹砂组成,顺层滑动,前后缘

高差达650m ,水平距离约1250m 。纵长610m ,顺河

宽800m ,坝高80～120m ,体积约2000万m 3

。由于滑坡体撞击左岸山体,在滑坡坝体北部堆积了厚达30～50m 的破碎堆积体,为撞击折返区。在高程800m 下,山体中分布有小型向斜和柔皱,因此,滑坡

堆积体中存在大量层状柔曲岩体,估计是由于原有构造作用和此次滑坡滑坡中强大的下滑力两种因素所致。堰塞湖最大库容2.4亿m 3

,回水长度10km 。

634Journal of Engineering Geology 　工程地质学报　2008

6月初,在滑坡坝上采取挖掘措施,开槽深达20m,

唐家山堰塞湖坝前水位从6月10日1时30分达到

最高水位743.10m后,6月10日20时,坝前水位回

落至719.48m,已达到安全设计标准

。

图4　汶川地震滑坡堰塞湖分布位置图

Fig.4　D istributi on map of Landslide dammed lakes

1.堰塞湖及编号;

2.震中映秀镇;

3.断层;

4.铁路;

5.水系

图中堰塞湖的编号见表

4

图5　北川唐家山滑坡堰塞湖剖面图

Fig.5　Secti on of the Tangjiashan landslide da mmed lake

根据汶川地震滑坡堰塞湖成灾的特点,提出了

溃决危险性评估等级建议(表3),考虑了3种因素:

(1)坝高:堰塞湖成灾的最重要条件是滑坡形

成的坝体高度,以及自坝下游至对象水位的落差,决

定了决洪的冲击力,由于后者分析难度大,不易快速

作出评估,因此,仅考虑了坝高因素。汶川地震形成

了大量堵江滑坡,由于该区支流枯洪水位差大于

10m,因此,高度小于10m的滑坡坝一般成灾非常

小,可以不加考虑。

(2)最大库容:决定了决洪冲击的持久性。即

使非常高的滑坡坝体,由于库容不足,堰塞湖也难以

带来决洪灾害。

(3)坝体结构:不同的物质构成以及结构特征

将制约堰塞湖溃决特征。由土为主的滑坡坝体,易

造成堰塞湖漫流后瞬时溃决,而由大块石、巨石构成

的滑坡坝体,渗流明显,但难以形成瞬间溃决,甚至

可以稳定很长时间。

综合上述3种因素,划分了极高危险、高危险、

中危险和低危险4种等级。

734

16(4)　殷跃平:汶川八级地震地质灾害研究表3汶川“512”地震滑坡堰塞湖溃决危险性评估等级Table3　Classificati on of bursting risk assess ment

f or landslide da mmed lakes

危险级别

因　素

极高危险高危险中危险低危险坝高/m>10050～10025～50<25最大库容/×104m3104103～104102～103<102

坝体物质结构以土质

为主

土含

大块石

大块石

含土

以大块

石为主

根据表3所划分的评估等级,对33处堰塞湖溃决危险性进行了系统评估(表4)。唐家山堰塞湖坝高大于100m,库容达2.4亿m3,由风化的板岩等构成,被列为极高溃决危险等级,同时,采用了按流域进行整体评估的方法,对将受唐家山滑坡堰塞湖溃决影响的下游5处等级为低风险-中风险的堰塞湖提升等级为极高风险。

值得指出的是,并不是所有的堰塞湖都必须要采取工程措施加以清除,不少堰塞湖还拥有很高的旅游价值、经济价值、科学价值,甚至社会价值。

表4汶川“512”地震滑坡堰塞湖溃决危险性初步评估结果

Table4A ssessing results of the bursting risk on landslide da mmed lakes

流域编号堰塞湖基本特征溃坝危险性分级推测溃决方式

涪江支流湔江河(通口河)1治城

北川县城上游3.2km,苦竹坝上游2km唐家山上游;其

滑坡体尺寸、方量、目前蓄水量、最大水深、回水长、集

雨面积等数据还待落实

单体评价:低风险

缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

2唐家山

滑坡体长800.4m,最大宽611.8m,高80～120m,方量

2037万m3。土石堆积体,右岸滑坡。最大水深超过

60m,回水长20km。总库容2.5亿m3,目前,每天入库

水量约720万m3。集雨面积3550km2

单体评价:极高风险缺口溢流;受上游强降雨影

响可能表现为整体溃决

3苦竹坝下游

滑坡体长200m,宽300m,高60m,方量165万m3。土

石堆积体,右岸滑坡,最大蓄水200万m3,回水长

800m。其险情为:整体滑动滑坡,整体性好。暂无险

情,但唐家山一旦溃决,可能连锁溃决

单体评价:中风险。但因受

上游唐家山堰塞湖溃决的影

响,建议提高为极高危险

缺口溢流;受上游唐家山堰

塞湖溃决影响,可能表现为

整体溃决

4新街村

滑坡体长约200m,宽约350m,高约20m,方量70万

m3。坝体主要由砂岩块石组成,上部坝体堆石多有架

空,渗透性较大。最大蓄水200万m3

单体评价:低风险。但因受

上游唐家山堰塞湖溃决的影

响,建议提高为极高危险

缺口溢流;受上游唐家山堰

塞湖溃决影响,可能表现为

整体溃决

5白果村

滑坡体长100m,宽200m,高约10～20m。约40万m3,

坝体主要由砂岩块石组成,上下游均无水。上下游坝

坡较缓

单体评价:低风险。但因受

上游唐家山堰塞湖溃决的影

响,建议提高为极高危险

缺口溢流;受上游唐家山堰

塞湖溃决影响,可能表现为

整体溃决

6岩羊滩滑坡体宽150m,高20m,方量160万m3,回水3km

单体评价:低风险。但因受

上游唐家山堰塞湖溃决的影

响,建议提高为极高危险

缺口溢流;受上游唐家山堰

塞湖溃决影响,可能表现为

整体溃决

7孙家院子滑坡宽180m,高50m,估计可蓄水量560万m3

单体评价:中风险。但因受

上游唐家山堰塞湖溃决的影

响,建议提高为极高危险

缺口溢流;受上游唐家山堰

塞湖溃决影响,可能表现为

整体溃决

8罐子铺滑坡宽390m,高60m,最大蓄水量585万m3单体评价:中风险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝

9唐家湾

滑坡宽300m,高30m,方量200万m3,最大蓄水量200

万m3

单体评价:中风险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝

涪江

支流石坎河10南坝

滑坡体长625m,宽约200m,高约50m,方量600万m3;

土石堆积体,右岸滑坡;估算最大可能蓄水量在5000

万m3,回水长约6km

单体评价:高风险渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝。整体溃决。

嘉陵江支流青江河11石板沟

滑坡体长450m,宽800m,高60m,方量810万m3。18

日蓄水量700万m3。松散土加夹石,滑坡来源:左、右

岸。最大可蓄水量:2000万m3,壅水长度:4km

单体评价:高风险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝。整体溃决

12东河口

滑坡体长700m,宽500m,高15～25m,方量1000万

m3,松散土加石块,滑坡来源:左、右岸,最大可能蓄水

1000万m3

单体评价:中风险。但因受

上游堰塞湖溃决的影响,建

议提高为高危险

决口溢流。受上游影响极易

溃坝

13红石河

滑坡体长500m,宽400m,高40m,与东河口堰塞体重

合,堰顶已溢流。松散土加夹石,滑坡来源:左、右岸。

蓄水量:300万m3。方量约100万m3

单体评价:中风险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝。整体溃决

涪江

支流茶坪河14肖家桥

滑坡体长250m,宽200m,高80m,方量200万m2。土

石堆积体,左右岸滑坡。最大可能蓄水量2000万m3。

回水长度7km

单体评价:高风险渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝

834Journal of Engineering Geology　工程地质学报　2008

续表4

流域编号堰塞湖基本特征溃坝危险性分级推测溃决方式涪江

支流凯江15罐滩

滑坡体长120m,宽200m,高60m,方量144万m3;土石

堆积体,左岸滑坡。最大可能蓄水500万m3,回水

2km

单体评价:高风险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝

沱江支流绵远河16黑洞崖

滑坡长约700m,宽约120m,高约35m,体积约200万

m3;最大可能蓄水量200万m3;回水长400m

单体评价:中风险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝

17小岗剑上游

滑坡体长约172m,宽约120m,坝高在72m,最大蓄水

量约1100万m3。渗水量约1m3・s-1。坝体以块石

为主,约占60%～70%。宽/高比为:1.0

单体评价:高危险

渗透稳定性差,容易形成流

土溃坝

18小岗剑下游

堰塞坝体长150m,顺河向宽150m,坝高30m。堰塞湖

水深7m,回水长2000m,当前蓄水量100万m3,最大蓄

水量约700万m3。主要由大块石组成,目前坝前积水

少。宽/高比为:2.5

单体评价:中等危险。但因

受上游小岗剑上游堰塞湖溃

决的影响,建议提高为高危

险

缺口溢流;受上游唐家山堰

塞湖溃决影响,可能表现为

整体溃决

19一把刀

堆积体高度约25m,坝体长40m,顺河向宽80～100m,

目前形成的水面长度(沿河向)约2000m,最大水深约

15m。最大可能蓄水50万m3。堆积体以大石块为主。

宽/高比为:2.0

单体评价:低危险。但因受

上游小岗剑上下游堰塞湖溃

决的影响,建议提高为高危

险

分步溃决,受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

沱江支流石亭江20干河口

堰塞坝由大小不等的块石构成,体积约1万m3,坝高

10m。最大蓄水量约50万m3

单体评价:低危险坝顶漫流,不溃决

21马槽滩上

堰塞坝体长100m,顺河向宽300m,坝高40～50m堆积

体约100万m3。5月21日蓄水60万m3,回水长

1000m。宽/高比为:2.0

单体评价:中等危险缺口溢流

22马槽滩中

堆积体顶宽(顺河方向)80m左右,堆积体最大高度40

～50m,右岸还有高度约100m约几十万m3的滑坡堆

积体。堰塞湖水深约5m,水面宽约90m,回水长

500m,蓄水量约25万m3。堆积体由大块石、块石和碎

石组成

单体评价:低危险,受马槽滩

上堰塞坝影响,建议提高为

中等危险

坝顶漫流,不溃决;受上游溃

决影响可能表现为整体溃决23马槽滩下

滑坡堆积体长80～100m,坡顶宽约60m,坝高约30m。

堰塞湖水深水深约5m,回水长200m,水面宽80m左

右,估计蓄水量不足10万m3。堆积体由大块石、块石

和碎石组成

单体评价:低危险,受马槽滩

上、马槽滩中两堰塞坝影响,

建议提高为为中等危险

坝顶漫流,不溃决;受上游溃

决影响可能表现为整体溃决24木瓜坪

滑坡体宽20～30m,长约100m,高约15m。上下游边

坡均较缓,水流从中间缺口泄出,上下游水位差不足

5m,回水长约1000m。该滑坡堆积体远低于马槽滩上

堆积体,堆积体组成物质以山体表层土为主

单体评价:低危险,受上游堰

塞湖溃坝影响,建议提高为

为中等危险

坝顶漫流,不溃决;受上游溃

决影响可能表现为整体溃决25燕子岩

滑坡堆积体长30～40m,坝体顶宽约20m,高不足

10m,上下游坡度较陡。坝体左右岸各有一缺口泄流,

堰塞湖水深约5m,回水长度100余米,估计蓄水量3

万m3左右。堆积体由大小不等的块石和碎石组成

单体评价:低危险,受上游堰

塞湖溃坝影响,建议提高为

为中等危险

缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

26

红村电

站厂房

滑坡堆积体长约100m,顺河向宽约60m,高度40～

50m,方量40万m3。堰塞湖回水长约2.2km,蓄水量

约100～150万m3。左岸山体尚有高约100m的滑至

山腰的滑坡体堆积,估计方量几十万m3。堆积体由大

小不等的块石、碎石、泥土组成

单体评价:低危险,受上游堰

塞湖溃坝影响,建议提高为

为中等危险

缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

沱江沙支流金河27凤鸣桥

滑坡体长约300m,宽100m,高10m,蓄水量约150万

m3

单体评价:低风险缺口溢流

28谢家店子

滑坡体长约250m,宽70m,高10m,蓄水量约18万m3。

最大蓄水量100万m3,雍水长度1km

单体评价:低风险

缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

岷江支流文井江(崇州)29

鸡冠山

乡竹根

顶桥

滑坡体长约500m,宽68m,高90m,滑坡方量300万

m3。最大蓄水量约450万m3

单体评价:中风险缺口溢流

30火石沟

滑坡体长约500m,宽40m,高120m,滑坡方量240万

m3。最大蓄水量约150万m2

单体评价:中风险缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

31海子坪

滑坡体长约500m,宽50m,高50m,滑坡方量150万

m3。最大蓄水量约300万m3

单体评价:中风险

缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

32六顶沟

滑坡体长约500m,宽50m,高60m,滑坡方量150万

m3。最大蓄水量约300万m3

单体评价:中风险缺口溢流;受上游溃决影响

可能表现为整体溃决

岷江支

流文井江(汶川)33

映秀湾与太

平驿电站之

间堰塞湖

滑坡体长约300m,宽滑坡约200m,高18m,体积100万

m3。由块石构成。最大蓄水量200万m3。堵塞1/2

河道,部分溢流

单体评价:中风险缺口溢流。

4　滑坡地震力作用分析

与常见滑坡明显不同的是,汶川地震触发的滑

坡滑床往往不具连续平整的滑面,“尖点撞击”是极震区滑坡的一大共性,可以细分为下列几种类型(照片2)

:

照片2　地震作用下生成的几种典型滑床

Phot o 2　Typ ical sliding surface due t o earthquake

a .勺型滑坡-碎屑流;

b .凸型崩塌-碎屑流;

c .阶型滑坡-碎屑流

勺型滑床:追索原有潜在的滑床形成。滑坡高位剪出后形成长程高速碎屑流。

凸型滑床:在垂向主导和水平地震加速度作用下,高位岩体被抛掷后与下伏突起基岩强烈撞击,散体后形成高速碎屑流或长程滑坡。

阶型滑床:高位岩体被缓倾和陡立二组不连续面切割,在垂向和水平加速度作用下,被抛掷,并与

台缘发生撞击,常形成动摩擦。在青川东河口滑坡堆积体中,发现明显滑带,厚度约5～10c m ,滑带土石原结构被破坏,并重组形成新定向排列。

根据上述3种滑床形状特征,可以将汶川极震区地震滑坡初始启动的动力过程划分为4个阶段(图6)

:

图6　汶川地震滑坡动力演化示意

Fig .6　Dynam ic evoluti on of landslide due t o earthquake

a .初始的斜坡;

b .地震抛掷;

c .撞击崩裂;

d .高速滑坡

(1)初始斜坡:斜坡高度一般达200～300m ,最

高可达600m ,如青川东河口滑坡。斜坡上部坡度可

达60°～80°以上,岩体卸荷。山体结构破碎,节理非常发育,特别是沿发震断裂带大多形成大型高速远程滑坡。从岩性上分析,由汶川至北川,再至青川,主要为寒武系至志留系片岩、千枚岩、砂页岩岩层,是滑坡崩塌多发岩层;在都江堰、汶川一带,花岗岩体经过长期强烈挤压,节理发育,是滑坡、崩塌、泥石流的多发地段,其中,巨石崩落造成了巨大威胁;

在绵竹、石邡、彭州等山区,厚～巨厚层碳酸盐岩被大型节理、断裂分离,形成了多处大型滑坡崩塌堰塞湖。

(2)地震抛掷:汶川地震烈度高达Ⅺ度,地震加速度大于2g,特别是在斜坡山体上部,地震加速度明显放大。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,因此,应考虑竖向加速度作用,也就是,上部山体所遭受的地震力具抛物线特征,由竖向和水平地震力联合作用,即:

f =f 2n +f 2

v

其中,f 为地震联合作用力,显然,地震力方向朝上;f h 为地震水平力;f v 地震竖向力。

必须指出,在滑坡稳定性分析评价,以及防治工程中,仅考虑了地震水平力,但未考虑地震竖向力的作用,应该作出必要的修正。

(3)撞击崩裂:上部山体被抛掷后,迅速下坠,并撞击下部基岩凸起或台阶,形成光圆的凸起或台缘。地震力主要为水平惯性力,而竖向力以重力为主导,联合作用力方向朝下。在撞击区,出现动摩擦,致使滑带土结构重组。

(4)高速滑流:上部滑坡或崩塌体发生撞击后,崩解粉碎,发生3种效应,第一,形成高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行

程可达1～3k m;第二,形成碎屑流效应,粉碎的较细土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;第三,形成铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但是,其厚度不大,滑床起伏不平。

北川陈家坝太洪村滑坡具有明显的阶状滑床特征(照片3)。滑坡体为志留系砂页岩和板岩构成。上部滑体高约70m ,宽100m ,纵长50m ,体积约35万m 3

。上部滑体与下伏基岩平发生强烈撞击,并触发下部滑坡,台阶到河床高差约150m ,宽200m ,纵

长150m ,滑坡堆积体厚约50m ,体积约150万m 3

,产生滑坡坝堵塞河流,形成堰塞湖。滑坡高位抛出

后,撞击对岸高地,形成约2万

m 3

土石碎屑溅落体,压覆麦田,显示气垫特征。

照片3　北川太洪村阶型滑坡

Phote 3　Stair -shaped landslide at the Taihong,Beichuan

a .镜头朝NW;

b .镜头朝S W

5　地震触发高速滑坡特征及灾害

汶川地震触发了大量高速远程滑坡,造成了重

大地质灾害。根据地震加速度台站记录,卧龙地震加速度为0.9g,紫坪铺大坝为2.0g,江油为0.6～0.7g,青川0.4g 因此,估计在地震极震区,特别是映秀—北川一带,地震加速度可达2.5g,在斜坡上部,地震加速度应放大1.5倍以上。

北川县城城西滑坡导致1600人被埋死亡,数百间房屋被毁,是汶川地震触发的最严重的滑坡灾难,

举世罕见。滑坡由寒武系砂页岩、片岩构成,为逆向坡,浅层为古滑坡崩塌堆积体,距主断裂约500m 。滑坡前后缘高差约350m ,后缘到剪出口约200m ,滑程550m 。堆积体纵长400m ,宽400m ,厚约30m ,估计体积约480万m 3

。北川城西滑坡明显具有3个阶段特征(图7、照片4):

(1)高位抛滑区:滑坡从800～1000m 高程处高

位抛出。上部滑体纵长约200m ,高差约200m ,厚度30～60m ,体积约200万m 3

。上部滑体撞击下部基

岩后铲动下部岩体滑动,体积约280万m 3

。滑坡滑床坡度约45°,呈典型凸起,具撞击特征。

图7　北川县城西滑坡剖面图

Fig .7　Secti on of the Chengxi landslide

on the Beichuan t own

(2)滑覆区:滑坡抛出并撞击后,由于气垫效

应,整体飞行约400m ,超覆于老县城之上,导致数百间房屋被毁,其中,六层以上建筑约30幢。

(3)气浪击毁区:滑坡堆积体前缘分布有100多米宽的击碎建筑,在两侧宽度达50m 。与县城其他地带被毁建筑明显不同,击碎建筑物大多呈碎片状,定向雁列,显示建筑物被地震振动倒塌破坏和强大的气浪击毁作用。

青川东河口滑坡—碎屑流是汶川地震触发的较为典型的高速远程复合型滑坡,前后缘高差700m ,

滑程约2400m ,体积约1000万m 3

(图8)。致使7个村庄被埋,约400人死亡。滑坡体由寒武系砂页岩、片岩构成,距主断裂约4km

。

照片4　北川老县城及城西滑坡

Phot o 4　O ld t own and the Chengxi landslide on the Beichuan t own

a .地震前老县城(2007.9);

b .地震后老县城城西滑坡(2008.5

)

图8青川东河口滑坡-碎屑流剖面图

Fig .8　Secti on of the Donghekou landslide -debris fl ow,Q ingchuan county

青川东河口滑坡上部滑体高差200m ,纵长150m ,横宽200m ,体积约600万m 3

。自高层1050m

抛滑剪出,并铲动下伏基岩,形成滑坡-碎屑流,纵

长800m ,横宽200m ,厚度30m ,体积约400万m 3

。高速碎屑流冲抵清江河左岸,形成滑坡坝。滑坡坝体长700m ,宽500m ,高15～25m ,松散土加石块。

6　几点建议

5・12汶川八级地震造成了巨大灾难。作者认为,必须从如下3方面认真分析总结此次地震灾难带来的教训。

6.1　必须加强工程地质的理论研究

最早从地质安全角度考虑龙门山地区地震地质问题的是科学大师李四光。在20世纪60年代中期,随着大批重大工程在龙门山地区规划建设,李四光受周总理的指示,开展了工程地震地质问题的研究,并对参加选址的地质工作者明确提出,这个地方是构造活动强烈的地区,但是可以寻找一批相对稳定地块作为工程建设的场地,并形象地称之为“安全岛”。这次震害调查表明,当时依据“安全岛”思想选址的工程并未受到毁灭性打击,成为地质力学服务于重大工程建设的典范。

西部大开发战略实施以来,工程地质学遇到了严峻挑战。中国的三大地质地理台阶中,对第一台阶青藏高原及周边的了解地质条件认识太少,而这些地区恰恰是最近十多年来社会经济飞速发展,工程建设规模急剧爆炸的地区,对工程地质的要求与在平原地区和中部地区的大不相同。常规的工程地质理论通常是在构造活动强烈的地区筛选出相对稳定的“安全岛”,但实际上,在我国西部广大地区适宜工程建设的“安全岛”已无地可选,同时,在现代工程规划建设中,社会、经济等诸多因素已远远超过地质要素,致使地质工作无法可依,处于相当被动的“跟班”状态。工程地质现在的工作速度已经大大滞后于不少工程建设的速度,出现了在没有工程地质或依据不足的情况下进行决策,甚至施工的无奈状况。

自20世纪70年代板块构造学说的兴起带来的地球科学,取得了大量的理论成果。但是,工程地质学的理论基础并未深化和加强,出现了理论滞后问题。板块构造学说在解释全球动力方面形成了一套理论体系,但如何建立重大工程选址地质安全评价理论和方法还有相当距离。而且,近些年的工程建设中,有一种用工程取代理论的趋势,工程建设中出现的地质问题似乎都可通过工程技术来解决。

6.2　加强地质学在地震地质灾害减灾中的作用

从地震防灾上看,在西部地区,必须强化对一、二级构造结构面控制的山体稳定和区域地壳稳定性的研究,从调查、勘察、评价,深化到如何进行控制和改造上。最近10多年来,西部不少重大工程和城镇建设过于轻面偏点,轻山体重岩(土)体,出现了生产力布局与地质安全相悖的局面。在我国工程地质界中,老一辈地质学家谷德振、刘国昌、胡海涛等树立了区域工程地质研究的榜样,非常重视开展区域地壳稳定性和山体稳定性研究,为很多重大工程的选址建设立下了汗马功劳,用我国独创的理论解决了我国独特的重大地质难题,成为一代宗师。但是,最近10年来,首先是在学科建设上,工程地质学科已被合并,出现了人才危机;其次,以场地为对象的战术性工程地质虽得到加强,但以区域地质环境安全为对象的战略性工程地质弱化了,将导致重大工程建设出现问题;第三,由于理论上的滞后,只得大量借用洋方法来解决中国独特的复杂地质问题。重大的工程地质问题出在中国,但是,引进来的外国的理论和方法根本不能很好解决中国的问题。例如,在西南兴建的大理—瑞丽铁路,将横穿怒江大断裂和高黎贡山脉,如何对这种板块边界的深大断裂和如何对高温、高地应力山体进行工程地质稳定性评价,进而实施控制和改造,即使是国外的工程地质也没有现成的理论与方法。近10多年来,工程地质学科过分强调地质工艺或者土木结构,已严重削弱了自身的学科地位,甚而影响到学科的生存价值。由于与工程地质相关的行规和技术标准不足,不仅会因地质问题造成重大的经济损失,工程责任事故和重大决策失误将会愈发增多。

从地震救灾上看,地质科学大有作为的。在地质构造上,川西北高山峡谷地区已冲破传统的地质构造观点,它是青藏高原向四川地块挤压形成的推覆构造地区。这次地震后,救灾初期延缓了一些时间,人们开始认为地震的发震地点是茂县—汶川一带地带,因为这一带多次发生过强震,作为救灾的主攻方向。没有地质学的理论作为基础,地震发生的地点分析就会机理不清,由于机理不清,很多东西就解释不出来。龙门山构造带包括茂县—汶川一带的后山断裂,青川—北川—映秀再向西南延伸的主断裂,包括汉旺东—都江堰东的前山断裂,以及山前隐伏断裂。从地震地质角度上看,对此次发生8.0级地震的主断裂带的研究是不够的。

从地震预报上看,它是科学与工程界共同的综合性难题,数学、物理、地质、天文、生物、考古等学科都提出了许多见解。实际上,从20世纪60年代邢台地震后,地质学在地震研究中独辟蹊径,形成了地震地质学,开设了相应的专业,培养了很多栋梁之材,但近20多年来进展不好。地震地质的专业基础是地质力学,活动构造体系的研究是其精髓。板块构造学说兴起后,国外对板间,特别是日本海沟、智利海沟的地震地质研究取得了很好的成果,如茂木清夫、力武常次等系统研究了日本岛弧的“地震空区”和“地震迁移”等理论问题。中国地震多属于板内地震,沿用国外的理论方法去研究显然不够。在大地构造、岩石圈结构、地壳形变与地应力等方面,地质学家可以做大量的基础性工作,实际上也形成了一些研究思路。1975年,海城地震预报成功后,许多学者似乎乐观起来,但集毕生的心血之后,又意识到了地震预报是悲观的科学。同样,不应盲目地、漂浮地对待此次地震,甚至地震预报研究,成功的预报仍有非常遥远的路要走。

6.3　必须加强流域开发和山区城镇建设地震地质

灾害的风险管制

这次大地震造成多条河流形成堰塞湖,像北川的通口河出现了唐家山等9个堰塞湖,青川、平武、绵竹、什邡、都江堰等地的河流域也被滑坡堰塞成湖,对在这些地区修建得许多大大小小的梯极电站带来了灾害。实际上,龙门山构造带历史上多次形成堰塞湖溃决灾难。如:1933年8月25日,茂县叠溪发生7.5级地震,诱发了崩塌、滑坡、碎屑流,致使岷江及其支流十几处被堵塞,造成了巨大灾害,至今还保存系列堰塞湖(当地称海子)。地震引发的山体崩塌使千年叠溪古镇毁于一旦,500余人丧生。同年10月9日,处在大、小海子下游的叠溪海子堰塞坝溃决,使断流一个多月的岷江突发洪水,冲毁下游两岸农舍田地,造成约2500人丧生。又如:1786年6月1日,位于构造带西南端的康定南发生的

71

2

级地震,在泸定县城下游的德威乡,也就是到海

螺沟必经的大渡河彩虹桥诱发滑坡,堵塞大渡河形成堰塞湖,断流10日后溃决,洪水位到乐山仍高达数丈(十几米),淹没民众数十万人,成为我国最大的滑坡堰塞湖灾害。因此,不仅要认真总结这次地震引发的流域性地质灾害问题,更要以史为鉴,不仅对龙门山地区,而且对岷江、大渡河、金沙江、雅砻江、澜沧江、怒江等流域的地质环境安全要高度关注,应开展流域性地质安全评价和风险管理。

此次地震灾难,也与人类不合理的工程活动密切相关。地震是一种正常的地球动力作用,而地震灾害主要取决于人类的预防和抵御能力。以北川县为例,20世纪90年代县城规模不大,仅分布在城西南一带,后来,迅速扩大,新县城也坐落在崩滑体前缘,并横跨活动断裂带。这次地震引发的滑坡几乎毁掉老县城一半,新县城则被巨石崩塌和断裂活动所摧毁。这里,提出了工程建设怎么在极端风险下确保地质环境安全问题,而如何来确定极端风险,追根寻底又归结到了地质基础理论的研究问题。在西部地质构造强烈活动区,由于河谷深切,地势陡峻,许多城镇只能座落在相对平缓的地带,而这些地方恰恰由滑坡、泥石流堆积形成,或者是活动构造分布区,非常危险。特别是近年来,城镇建设规模迅速扩大,必须认真开展山区城镇建设的地质灾害风险管制,避免汶川地震地质灾难重演。

7　结　语

本文对汶川八级地震地质灾害进行了初步研究。对地震地质灾害及隐患进行了系统分析,认为地震触发了15000多处滑坡、崩塌、泥石流,估计直接造成2万人死亡。地震发生后,地质灾害隐患点达10000余多处,以崩塌体增加最为显著,威胁近百万人的生命安全。反映出地震对山区高陡斜坡的影响差异性非常大,在山顶上的放大作用是非常显著的。本文对滑坡堰塞湖溃决危险进行了评估,并研究了地震触发的动力特征,滑动过程及成灾机理。“尖点撞击”是极震区滑坡的一大共性,可以分为勺型滑床、凸型滑床和阶型滑床等类型。本文以北川城西滑坡和青川东河口滑坡为例,分析了地震滑坡高速远程滑动及成灾机理。作者认为,应该深刻分析总结此次地震灾难带来的教训,必须加强工程地质的理论研究,加强地质学在地震地质灾害减灾中的作用和必须加强流域开发和山区城镇建设地震地质灾害的风险管制。

致谢　“5・12”汶川地震发生后,作者参加了长达一个半月的国土资源部专家组现场地质灾害应急调查与防灾工作。本文是在此工作基础上,收集参考了大量资料写成的。作者非常感谢国土资源部汪民副、姜建军,四川省国土资源厅宋光齐、地勘局范崇荣副、成都理工大学黄润秋副校长、中国地调局成都所丁俊所长等同志的支持和帮助。