加强地质灾害易发区致灾机理模式研究——西部复杂山体重大地质灾害学术论坛综述

范宏喜

加强地质灾害易发区致灾机理模式研究
——西部复杂山体重大地质灾害学术论坛综述

范宏喜

重庆武隆“6·5”特大滑坡崩塌的阴影尚未离去，贵州关岭“6·28”山体滑坡灾害又悄然降临。汶川地震引发的高速碎屑流还让人心有余悸，甘肃舟曲等极端天气诱发的泥石流灾害又敲响了警钟。

不久前，在国土资源部和重庆市人民政府联合举办的“西部复杂山体重大地质灾害防治学术论坛”上，地质灾害预报难度究竟有多大?地质灾害防治是否有规律可循?在进一步完善和充分发挥群测群防体系建设的基础上，如何凸显科学技术在地质灾害防治中的重大作用?成为专家和与会代表们关注的焦点。

武隆“6·5”和关岭“6·28”罕见灾害暴露出中国地质灾害防治的新难题

关凤峻(国土资源部地质环境司司长):影响和决定地质灾害险情灾情的条件，有自然因素和人为因素。每个方面的因素都在变化，会形成非常多甚至无限多的灾情险情，因此说地质灾害发生发展的机理是极其复杂的巨系统。这也决定地质灾害从实用角度看是不可能准确做出定时、定点的预测，至少依据现在的认识水平和技术水平，还做不到这一点。所以，对地质灾害的调查监测和预警预报要尊重科学。

科学的调查评价和监测预警十分必要，在侧重微观由表及里研究的同时，更应该注意侧重由里及表的研究，这样才能更好地为管理层服务，为地质灾害防治服务，对指导防灾减灾工作更有实际价值。

殷跃平(中国地质调查局副总工程师、国际滑坡委员会副主席):贵州关岭地质灾害是一起罕见的特大滑坡碎屑流复合型灾害，当地特殊的地形、地质结构遭遇连续强降雨后，高位下滑的山体与下游一小山坡剧烈撞击，转化为碎屑流高速下滑，并铲动大寨村一带表层堆积体后，最终形成特大滑坡——碎屑流灾害。2009年6月5日，重庆武隆也曾发生滑动距离达1.5km的特大滑坡。这两起地质灾害都是高速远程滑坡，只是关岭这起特大地质灾害来得更隐蔽、突然，难以防范。以前，对于地质灾害隐患的调查，主要采取房前屋后群防群治的模式，这起特大滑坡暴露了地质灾害防治中的一些新问题。

通过近十年的努力，全国已全面完成了覆盖山区丘陵的地质灾害调查，圈定了近20万处地质灾害隐患点，但调查的深度远远不够，尤其是地质灾害成灾机理的研究和控制地质灾害形成演化的环境工程地质条件调查远远不够。2009年夏天发生在大渡河流域等地的几起特大地质灾害和2010年发生的贵州关岭特大地质灾害，都充分反映了这一问题。近年来，随着极端强降雨等灾害性天气的重现期缩短，因高速远程滑坡造成的群死群伤特大灾害逐渐增加，各级地方政府和有关部门必须加强对这种灾害类型的调查与防范。

通过详细分析近期发生的武隆、关岭等典型灾害，在防治重大地质灾害的同时要加强失稳模式和成灾机理研究。实践证明，在极端降雨、地震等条件下，当滑坡具备碎屑流特征时，其安全避让范围应增加1/3的距离，并且等效摩擦角应降到20°之下。

刘传正(中国地质环境监测院副总工程师):2009年6月5日15时25分，重庆市武隆县铁矿乡鸡尾山山体崩塌，造成10人死亡，64人失踪。

鸡尾山危岩体崩塌的成因机理是:东部陡崖为自由边界，层状岩体南部和西侧沿裂隙追踪式张拉与撕裂断开后，在向外的视滑力作用下，危岩体逐渐选择克服最适宜的底部软层(“木桶的短板”)的蠕滑作用，随着底部抗滑力的逐渐减小，北部“楔形区”西侧逐渐产生推挤式压扭作用，并沿裂隙化岩溶化脆弱带(“邮票的边界”)剪断形成先滑后崩，最后跃下悬崖，势能转化为动能，直冲而下，形成散体碎屑流冲击。视滑力作用是鸡尾山危岩体克服底界面摩阻力产生整体蠕滑和前缘推挤剪出(断)的主要动力来源，是大规模先滑后崩形成滑移式崩塌的内在驱动力。

鸡尾山山体层状地质结构、近南北向和近东西向裂隙组合以及软弱夹层的存在是山体开裂滑移的物质结构基础。地形高陡临空，山下铁矿大面积采空形成的“悬板张拉效应”，是鸡尾山拉裂形成大规模危岩体的主要原因。长期的降雨渗流和岩溶作用使软层强度弱化、裂隙带扩大是层状山体易于拉开的前提。岩层部分外倾造就的视滑力是逐渐克服危岩体底面摩擦力和前缘抗剪力，使危岩体蠕滑发展成大规模崩塌的主要驱动力。山体蠕滑积累的残余变形能释放与高位势能转化为动能是危岩体崩塌形成碎屑流，并长距离冲击的原因。

经过分析研判得出的基本结论是:武隆“6·5”事件是一次巨型滑移式崩塌，一次特大型地质灾害，其成因过程是在铁矿采空“悬板张拉”形成危岩体的基础上，向外的视滑力主导作用下的一个“山体拉裂—弱面蠕滑—剪出崩塌—碎屑流冲击—灾难形成”的链式反应过程。

通过分析武隆“6·5”事件，进一步的问题还有待研究。

一是在高陡临空和层状岩体结构条件下，考虑降雨、岩溶和铁矿采空作用等因素，采用数值模拟与物理模拟方法仿真研究危岩体形成演化的应力场变化，尤其是山顶地带应力集中区与节理化岩体拉开的关系及其随时间的变化。

二是研究危岩体蠕动过程中应变能的积累，特别是当危岩体滑出时底界和“楔形区”西边界残余应变能释放转化为危岩体崩塌初速度的大小以及高位势能转化为动能的冲击作用。

三是从防灾减灾的角度，研究类似地质环境条件下地质灾害隐患地段识别研判的技术方法和工作程序，如拉裂形成危岩体的区段、可能控制崩塌的层间软弱带和可能成为侧边界剪出的脆弱带，如岩溶化带、裂隙化带或断层带的识别等方法。

四是以鸡尾山崩塌灾难为例，总结研究技术支持、应急管理、防灾减灾行动和公众防灾意识等方面的经验教训，提出可供参考应用的致灾机理模式与防灾对策。研究提炼出一套应急管理与技术支撑的科学方法。

地质灾害是地球表层演化的突发事件，中长期预报是“可能性”预报，不确定性大

王思敬(中国工程院院士):山地演化是地球动力学过程的表现，地质灾害是地球表层演化的突发事件。主导山地演化的地球动力学过程为:造山运动与山地抬升、山地夷平运动与山地剥蚀、斜坡及沟谷岩土水物质运动、山间块裂断陷与淤积，这些作用造就了山地物质运动的规模、方向和动力学特征，以及地质灾害的孕育和生成。

地质灾害的风险性有两方面:一是成灾本身的危险性。要想进行风险控制，就需要对成灾的危险性进行分析，需要进行山坡地质分区、泥石流沟小流域分区;山坡地质构造分析、泥石流沟小流域物源及流通和沉积区地形地貌分析，确定不同概率的触发动力水平。如遇地震、极端天气等，还要分析地震烈度、降雨量及降雨强度、洪峰高程注意频度的变化与密集时间段，分析山坡稳定性、耐冲击性，还有破坏范围、泥石流爆发、流动及堆积范围，同时对工程边坡要根据边坡安全规范进行加固。二是成灾范围内社会财物的易损性。此时需要确定灾害波及的范围、受灾体的物件数量、价值及易损性、计算受灾风险量(人员伤亡、财产损失、环境影响、社会影响)等。

2004年苏门答腊地震海啸、2008年汶川地震、2010年初全球范围内的一系列地震，再到前不久的贵州关岭“6·28”特大滑坡，这些灾害一次又一次敲响了预防极端灾害的警钟。因此，21世纪灾害意识应进一步提升到极端灾害意识。

应对这些极端灾害风险的对策，一是预警，一是预案，前者警告未来，后者降低风险。因此，全社会都应该树立这种极端灾害意识，只有这样才能对其进行有效的政策性对策与风险管理。在城镇规划和城镇建设中，要进行总体规划，给以后的发展留有后路。我们需要留给现人及后代的是一个个锦囊妙计，而非一个简单的设计标准。

吴树仁(中国地质科学院地质力学研究所研究员):极端条件下崩塌、滑坡、泥石流成灾模式需更加重视，防灾减灾还需进一步增强风险管理意识。国际防灾减灾战略主要包括三个内容:监测预警、工程治理和风险管理。我国前两个阶段工作较多，风险管理内容欠缺，地质灾害风险评估管理应该逐步成为国家减灾防灾的主体战略之一。

李世海(中国科学院力学研究所研究员):将地质灾害成灾过程预测转化为地质体渐进破坏状态的判断。超常的地质灾害和超常的诱发因素，不应只采用常规的方法，监测预警决策系统——CAS防灾模式在现阶段更为合理。

郑颖人(中国工程院院士):滑坡防治应以预防为主，治理为辅。目前，滑坡预警预报主要存在以下几个问题:

一是监测手段单一。二是分析中计算参数静态。计算参数一般依据初勘资料，难以及时反映滑坡内、外诱发因素的动态变化。三是缺乏全程预报评价标准体系。主要是缺乏宏观现象、监测数据、数值分析三方面的统一评价标准，尤其是缺少滑坡失稳的定量判据。

滑坡多手段、全过程、分阶段预警预报是指通过滑坡宏观现象观察，监测数据分析与数值计算等多种手段，从滑坡蠕变到临滑，进行全过程的综合分析与分阶段预报(中长期预报、短期预报和临滑预报)，从而达到减少漏报、错报的目的。

中长期预报是“可能性”预报，不确定性大，目的是判断存在滑坡的可能性，决定是否需要对滑坡进行监测。预报周期为半年、数年，乃至十几年，预报标准为弱变形或较强变形阶段。这时位移与位移速度短时期内有反复变动，位移速度时大时小，基本处于等速增长。

短期预报的周期一般是1～6个月左右，这时的特点是滑坡变形持续增长，处于强变形阶段。位移—时间曲线加速，从等速蠕变阶段发展至加速过渡段，此时必须对滑坡进行周密监测，以便预报临滑时间。

临滑预报是变形破坏出现突变，处于剧速蠕变的阶段。滑坡变形与裂缝突然急剧增大，而且持续增长，出现明显剧滑预兆。它的周期一般为数天至10d左右。此时，要严密监视滑坡的动态变化，对临滑时间做出准确预报，及时转移危险区内的人员和物资。

全程分阶段预报的目标主要有:一是通过宏观观察、典型测点监测及数值计算来确定目前边(滑)坡稳定性处于何种发展阶段，其稳定安全系数;二是履行边(滑)坡每个预报阶段应做的工作;三是预估从长期预报进入短期预报，短期预报进入临滑预报的大致日期，及临滑进入剧滑的准确日期。

滑坡预警预报三方面的全程评价标准及预报预警模式，对中长期预报采用注意预警模式，只做内部预警以减少误报;对于短期预报采用警示预警模式，及时警示当地居民做好准备;对于临滑预报采用临滑预警，及时撤离居民并确定滑坡日期。最后通过一个滑坡工程实例从宏观现象分析、位移监测趋势分析、数值流变计算分析叙述滑坡变形与稳定安全系数变化状况及治理的全过程，证实这一预报方法的可行性。

“干砌块石结构”模式和“前旱后雨”的极端气候条件，是贵州关岭发生“6·28”特大崩溃式滑坡碎屑流灾害的决定因素

刘传正(中国地质环境监测院副总工程师):2010年6月28日14时30分，贵州省关岭县岗乌镇大寨村因连续强降雨引发山体滑坡，造成该村两个村民组42人死亡，57人失踪。

崩滑区表现出“倒石堆”特征，崩塌、翻滚特征明显，而平移滑动不明显。从源头大块倒石堆向远处块度减小，开裂段裂面长，滑动段短。从宏观上表现为一种“崩塌式滑坡”或“结构崩溃式滑坡”，这实质上是一种反倾层状裂隙化松动无粘结块体集合“崩溃式垮塌”，类似于干砌块石墙垮塌。溃崩是散体结构，发生运动后很快解体，无明显的整体滑动阶段。

6月27 ～28日，关岭县最大降雨量达到310mm。6月27 日8:00～28日11:00，记录降雨量达237mm。高峰降雨时段来不及排泄，若初始滑坡后缘裂缝深50m，长100m，宽0.1m，则仅需1 h崩滑体后缘汇水即可充满裂缝。若初始滑坡后缘裂缝深100m，长150m，宽0.1m，也只需3 h即可充满水。超强降雨时段(如降水强度达到50～100mm/h)分析，后缘灌入的水体则对崩滑体起持续“水楔”推动作用。

通过机理分析认为:一是“干砌块石结构”决定崩溃模式。岩层面和节理切割形成了无粘结块体离散式组合结构，类似于扶壁式“干砌块石墙”。岩石块体卸荷后出现球状风化或球状剥离，碎裂后易崩解泥化。这种不规则的“干砌结构”整体性差，一旦块体位错变面摩擦，在侧向力作用下容易发生结构性解体，形成结构崩溃式破坏。二是强降水形成的“水楔作用”。强降水过程孕育了持续的“水楔作用”，在后缘裂缝带造成单侧水压力推动“块石墙”，斜坡体上的外水压力则起到向外拖拽作用。持续“水楔”作用造就了斜坡岩体渐进性贯通松动破坏，而降水过程是在崩滑区形成一个注水、悬浮、软化、向外推动、结构性崩溃的过程，类似于块石堆积堤坝的溃决。三是崩滑碎屑流经历了多级陡坎不断补充势能转化的动能，多级缓坡之多冲程又消耗势能转化为动能，形成了碎屑(石)流运动的4能级4冲程模式。

由于下一级的能量补充小于上一级的耗散，每一冲程都残留部分碎块石，至沟口全部耗散完毕，而没有冲出沟口形成堆积扇，这是不同于泥石流的特点。

杨胜元(贵州省地质环境监测院院长):关岭县岗乌镇大寨村永窝、大寨两个寨子三面环山。永窝，按照村民的说法，是“永远都是平地”的意思。

我们分析这次滑坡碎屑流的致灾背景有:一是“上硬下软”的地层组合关系。二是上陡下缓的“靴状地形”。三是“前旱后雨”的极端气候条件。

2010年年初的极端干旱天气造成粉砂岩中的裂隙水蒸发，孔隙水压力降低，岩体压致变形产生拉张裂隙，“粗化”了岩体结构面。6月份以来的持续降雨渗透入岩体，充填饱和了结构面，变形岩体在自重作用下产生瞬间剪动变形压密拉张裂隙，从而瞬间产生较高的超孔隙水压力，为滑体的高速运动提供了水平初动力。

长年累月的翻耕，使本来疏松的砂页岩形成了滑坡碎屑流的重要物质来源。上面的灰岩、白云岩极易形成溶洞、溶孔，连续的降雨使其储存了大量的水源，下面的砂页岩则是相对隔水层，上层的水源在其接触面大量排泄并进入拉张裂隙，加速了块体的滑移。

从贵州关岭6·28特大滑坡碎屑流灾害得到这样一些启示:第一，群测群防是地质灾害防治工作的有效途径，但应坚持群专结合、专家把关的原则。第二，要加强地质灾害易发区成灾机理和成灾模式的研究。第三，建立地质灾害防灾知识宣传普及的长效机制。要继续开展地质灾害防治进村入户宣教工作，将培训内容纳入中小学地理课教学大纲，各级地方电视台开辟地质灾害防灾知识栏目。第四，加强地质环境管理职能，将防灾减灾工作列入基层干部考核内容。第五，尽快建立应急会商远程可视化指挥系统。

滑坡的预报是一个非常复杂问题，震后15年内是泥石流的活跃期

黄润秋(成都理工大学教授、地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室主任):中国工程地质环境的主要特征是特殊性+复杂性和“四高三不利”。就是:高地震烈度、高寒高海拔、高陡地形、高地应力，不利的构造背景、不利的岩土条件、不利的气候特征。

中国大型滑坡的分布及区域性规律:西北地区，在冬季，黄土地区毛细作用地下水位上升，形成下部的季冻层;来年的春季冻结层融化，加上农田灌溉，诱发形成大规模的黄土滑坡。青藏高原以及新疆的天山、阿尔泰山等高海拔地区，近年来全球气候变化，导致气温上升、雪线上移、冰川后退、冰糊溃决，构成对大型滑坡直接的诱发和触发作用。西南地区，南方天气系统主要受印度洋暖湿气流的控制，夏季多数局部地区的强降雨过程，形成极端气候条件，尤其是云、贵、川，触发大规模滑坡发生。强震触发地质灾害，烈度Ⅷ度以上地区。浙皖闽赣山区，主要受夏季台风(热带气旋)天气条件的影响，导致风化壳、残积土层滑坡，尽管规模不大，但数量较多。

大型滑坡的形成机理，包括内动力驱动为主模式及外动力触发模式。

滑坡的预报是一个非常复杂的问题，成功的预报取决于三个方面:一是早期识别;二是调查监测;三是地质分析与判断。也就是说综合预警预报等于调查监测+地质分析。

运用上述滑坡时空综合预警预报理论和方法，已成功进行了我国十余起重大滑坡灾害的预警预报和应急处置。

尽管我国政府采取了多种有效的措施控制滑坡灾害，但是，目前中国仍然是一个滑坡灾害高风险的国家。控制滑坡灾害的前提是灾害的识别和风险源的鉴定，基础是对灾害机理的深刻认识，手段是监测与地质分析相结合的综合预警，途径是政府，专业技术人员，社会公众以及媒体的有效合作。

政府与技术的管理会显著降低风险，根据国外经验，我国可接受风险应设定为每年因灾伤亡400～500人。

崔鹏(中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员):泥石流已经成为地震后最主要的灾害类型。四川省北川县的苏宝河流域，在震前没有泥石流发生的记录，震后由于松散物质的急剧、快速增加，已经成为泥石流灾害最为严重的区域之一。在2008年9月24日暴雨激发下，流域内所有16条支沟同时暴发了大规模泥石流，泥石流严重淤积河道，最大淤积高达10m以上。

通过分别采用泥痕调查法和雨洪法对震后关门子沟、苏宝小沟、大安山沟泥石流流量进行计算发现，震后泥石流暴发规模明显增加，大致可使泥石流规模增大约50%～100%，震后20年一遇降雨诱发的泥石流相当于震前约百年一遇降雨泥石流的规模。

根据1950年8月15日察隅8.5级地震区古乡沟、1976年松潘——平武7.2级地震区九寨沟泥石流活动随时间变化的特点，初步推测，震后泥石流活跃期与平静期交替出现，第一个活跃期最长，此后的活跃期逐渐缩短，平静期逐渐延长。

据初步估算，汶川地震灾区崩塌、滑坡等产生的松散固体物质达28×108m3，这将为该区泥石流长期活动提供丰富的物质基础，震后也将约有15年的泥石流活跃期。