“4·20”芦山地震地质灾害特征分析

裴向军，黄润秋

（地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（成都理工大学），成都610059）

A2013年4月20日8时2分，在四川省雅安市芦山县（北纬30.3，东经103.0）发生7.0级地震（简称“4·20”芦山地震），震源深度13km，受灾人口152万，受灾面积1.25×104km2。截至2013年4月24日，共发生余震4 045次，3级以上余震103次，最大余震5.7级，统计196人死亡，失踪21人，11 470人受伤。“4·20”芦山地震是“5·12”汶川地震发生后龙门山构造带又一次强烈地震，龙门山构造带经受青藏高原与四川盆地的强烈挤压，活动频繁。这次地震的烈度虽然低于汶川地震，但仍触发了大量滑坡、崩塌与落石，并造成多人伤亡。同时，地震造成许多山体（岩体）处于松而未垮、动而未滚的状态，这些潜在的“炸弹”一遇余震或降雨就会发作，极难防范。本文将介绍芦山地震地质灾害的分布特征，总结芦山地震地质灾害的主要类型，分析灾害形成的控制性因素与危害性特征，并提出避让范围与防治对策。

1 地质灾害分布

“4·20”芦山地震发生后，国土资源部门组织专家、技术人员排查地质灾害，并迅速展开了航空遥感调查。截至5月6日，在芦山县等50个地震灾区县（市、区）共排查地质灾害隐患13 267处。已排查的隐患点对150 282户居民的人身和财产安全构成威胁。其中地震新增1 846处地质灾害，威胁到16 598户居民的安全。

总体上看，芦山地震发生后，地质灾害点增加14%，新增点多位于芦山、宝兴两县，尤其以芦山县的龙门－宝盛－太平－双石乡镇围成的四边形内（图1）、宝兴县的大溪－灵关－中坝－穆坪4个乡镇连成的条带区内为多。

图1 “4·20”芦山地震芦山县地质灾害分布图Fig.1 The distribution of geological hazards by the“4·20”Lushan earthquake in Lushan County

芦山地震新增地质灾害点远低于汶川地震的237%，这也与2次地震烈度区强度与面积的实际情况相匹配。但芦山地震地质灾害产生的条件具有其独特性，具体如下：（1）地质灾害产生的首要控制因素是地形地貌。初步调查的地质灾害集中发育于芦山县宝盛乡玉溪村水坝—太平镇春光村、仁加村—双石镇两段峡谷区，宝兴县城等地；崩塌、滚石多发生在道路转弯与斜坡陡坎等孤立山头或三面临空处地形放大效应明显的地段。（2）其次的影响因素是地层岩性因素。地质灾害主要发在形成时间较晚、强度较低的名山组（E1－2m）砂岩、大溪砾岩（K2g）中。（3）芦山地震与汶川地震相比，断层的距离效应并不突出。如烈度最高的太平镇，第一斜坡带内仅有3处十几至几十立方米的滑塌与滚石，该区斜坡是较为坚硬的须家河组（T3x）砂岩；又如距离断层约45 km的芦阳镇黎明村却产生了4.5×104m3滑坡，该区岩性是名山组“泡砂岩”：可见地形条件相似的情况下，岩性的控制作用强于断层距离效应。

2 地震地质灾害类型

芦山地震地质灾害类型为崩塌、落石与浅层滑坡。如图1所示的龙门乡到太平镇，共发育崩塌41处，平均规模1.5×104m3。最大的崩塌是玉溪村水坝上游约1km处的玉溪河右岸崩塌，规模可达0.20×106m3；规模较小的落石仅为10～20m3，但点多，分布面积广，危害性大。浅层滑坡50余处，规模（1～10）×104m3，多发育在山脊处，大部分呈“山剥皮”状，少部分堆积到河（沟）床，直接危害性不显著。芦山地震地质灾害产生的共同特点是地形、高程放大效应。典型滑坡、崩塌如下。

2.1 “山剥皮”型浅表层滑坡

流水沟滑坡位于芦山县与宝兴县交界部位，距芦山县城约19km，地理坐标为 N30°16′3.24″、E102°54′18.78″；滑坡位于发震断裂上盘，距发震断裂约2.5km。在地震力的作用下，山体震裂，岩体松动解体，进而一泄而下，形成滑坡，体积约为0.2×106m3的碎块石土，沿基覆界面顺坡面滑下，堆积于坡脚，致使道路中段、部分河道堵塞（图2）。

图2 流水沟滑坡全貌Fig.2 The panorama of the Liushuigou landslide

流水沟滑坡发育在于须家河组中，厚层砂岩，中反倾坡，但由于其处于高山峡谷地区，风化卸荷现象明显。山高坡陡，在地震动作用下，高程放大效应和地形放大效应显著，滑体震动拉裂、碎裂解体，沿着卸荷带顺势而下，形成滑坡。由于卸荷带深度的差异，出现多级滑面，滑后坡面形态呈“阶梯状”。其运动过程可分为两段：首先，在高程放大作用下，上部岩土体失稳破坏；接着，岩土体下滑后给下部岩土体施加推力，导致滑体错落破坏，呈现出“三平台，四陡坎”形态，如图3所示。

2.2 拉裂－滑移型崩塌

以龙门－宝盛1＃崩塌（图4－A）为代表，该崩塌体发育在厚层－巨厚层的白垩系大溪砾岩中，地层产状320°∠25°，倾坡外。主要受2组结构面控制，产状分别为：135°∠71°和64°∠83°，公路开挖致使其前缘临空，稳定性较差。在地震动作用下，岩体沿下伏缓倾坡外结构面产生滑移破坏（图4－B）。这类崩塌的发育条件是河谷下切过程中受到强烈卸荷作用的影响，边坡表层岩体反向倾角层面产生张拉破坏，在顺坡向缓倾结构面和两侧陡倾结构面的切割作用下，形成孤立状的“悬臂”危岩体。此类崩塌多发生于厚—巨厚层状的缓倾岩体中。

2.3 震动－错落型崩塌

图3 “山剥皮”型浅表滑坡形成机制Fig.3 Formation mechanism of“Mountain peeling”superficial landslides

图4 拉裂－滑移型崩塌Fig.4 Crack－sliding collapse

以太平镇拦水大坝崩塌为代表，发育于白垩系大溪砾岩形成的陡崖（图5－A），层面产状：201°∠33°，倾坡内，受2组结构面控制：311°∠87°、21°∠59°，卸荷裂隙发育。在长期重力作用下，其稳定性逐渐降低，再加上本次地震的振动作用，导致其岩桥剪断，产生错落式破坏（图5－B）。这类崩塌的发育条件是岩体受层面和节理面的切割，但节理面未贯通，悬挂于坡缘，其下部为空腔的岩体，在地震、自重等作用下，危岩体与母体之间连接的岩桥被剪断，导致块体与母体分离产生坠落式破坏。

图5 震动－错落型崩塌Fig.5 Vibration－scattered collapse

2.4 偏心－滚落型崩塌

典型代表为双石镇流水沟崩塌，发育在须家河组中（图6－A），砂岩，灰黄色，产状：112°∠27°，风化较弱。主要受3组节理面控制：68°∠80°、211°∠67°和334°∠52°。该岩体下部在长期的崩落作用下，逐渐临空，使其处于偏心状态。本次地震作用，促使其偏心力增大，从而导致岩体支撑点产生偏心（倾倒）－滚落破坏（图6－B）。这类崩塌发育于坡形较缓的崩坡积、残坡积覆盖层或陡坡坡脚的孤石（堆）及受结构面切割形成的块状楔形体、孤石等。

图6 偏心－滚落型崩塌Fig.6 Eccentric－rolling collapse

3 地震地质灾害危害性分析

芦山地震区虽未出现大规模的山体震裂、滑塌现象，但大多地质灾害隐患点均处于公路或居民点附近，潜在威胁极大；再加上雨季将至，对那些“震而未崩、摇而未掉”的岩土体来说，无疑是个挑战，雨水将成为触发地质灾害的直接诱因。地质灾害峡谷段效应明显，在“芦山—宝兴”、“玉溪—太平”、“芦山—双石”等峡谷段地质灾害较多，直接威胁着各县城、乡镇的生命线，对抢险救灾造成了极大的困难。并且出现了较多的“山扒皮”和“逢弯必垮”现象，崩塌落石灾害最为严重，是造成本次地震伤亡和道路中断的主要因素（图7）。

图7 崩塌落石造成多处房屋破坏Fig.7 Many houses damaged by the rockfall

对比“5·12”汶川地震，芦山地震所产生的崩塌、落石与滑坡比例要高得多。作者对汶川地震后106处典型崩塌滚石作为对象，进行相关参数的统计分析。由表1可以得出，滚石运动特征值μ（μ＝dmax／Hmax）的频率分布（图8），滚石的运动特征值μ基本符合正态分布，频率最高的地方为dmax／Hmax＝1.0，即dmax＝ Hmax。

图8 “5·12”汶川地震崩塌滚石运动特征值频率分布图Fig.8 The characteristic value frequency distribution of the collapse and rockfall by the“5·12”Wenchuan earthquake

研究还表明“5·12”汶川地震滚石运动的最远距离（dmax）与很多因素有关，除了坡面的长度、覆盖层岩土性质及厚度、植被发育情况，以及滚石自身特征（形状、大小等）等因素有关外，与崩塌滚石源区的最大高度Hmax关系密切。dmax与Hmax之间满足如下关系式

dmax≈1.1404 Hmax＋6.42

地震崩塌滚石的影响区范围（Dmax）与Hmax的关系满足

Dmax＝（0.7～1.3）Hmax

图9是“4·20”芦山地震宝兴县穆坪镇派出所崩塌，滚石运动至坡脚时，砸在60cm高的水渠围堰上，并弹跳过公路，砸毁2.4m高的派出所围墙，滚入院内，撞伤1人。

根据现场调查，最远的滚石形态近似球体，体积约1m3，岩性为钙质胶结的砾岩，胶结程度差，呈蜂窝状，蜂窝直径约3～10cm。该滚石边坡可以大致分为3段，即陡崖＋斜坡＋陡坎。滚石在地震触发下失稳，经重力加速，向坡脚运动。由于坡度较陡，滚石向下运动的过程中具有较大的能量，冲击力大，特别是经过坡脚陡坎时，直接腾跃而下，与坚硬的灰岩发生碰撞，运动至公路的路缘边坡时发生两次弹跳，第一次弹跳的水平距离为11.0m，第二次弹跳的水平距离为4.5m，并砸毁派出所的围墙。经现场调查分析（图10），崩源区的最大相对高度Hmax＝169.7m。滚石运动的影

表1 汶川地震滚石运动特征值（μ）发生频率分布Table1 The frequency distribution table of rockfall eigenvalues in the Wenchuan earthquake

图9 滚石砸毁宝兴县穆坪镇派出所围墙Fig.9 The walls smashed by rolling stones

图10 宝兴县穆坪镇派出所典型滚石边坡剖面Fig.10 The typical rockfall slope profile

响区范围，可由翻越派出所围墙时的弹跳高度1.5m的砸落滚石确定，Dmax＝195.6m。计算得出滚石运动特征值μ＝0.87，芦山地震崩塌的影响区范围与汶川地震的研究成果，即

Dmax＝（0.7～1.3）Hmax

同时，利用公式

dmax≈1.1404 Hmax＋6.42

将上述数值代入，则可得dmax＝199.9m；与实际相比，误差是2.1%。可见汶川地震崩塌滚石的研究成果，即崩源区高度与滚石危害区范围、最大运动距离之间的关系式，可以作为芦山地震崩塌、落石防治设计的重要参考。

4 地震地质灾害防治建议

地震灾区地质灾害的触发因素：余震与降雨。地质灾害的主要危害对象是公路行人、车辆与陡坡下的居民。震后已经发生多起余震触发崩塌滚石伤亡事件，震裂斜坡与松散物源有隐蔽性、滞后性，并将随着雨季的到来，而日益凸显。

a.崩塌危岩处置。如前所述，崩塌主要发生在强风化卸荷带、45°以上的斜坡，残留危岩多以卸荷裂隙为后缘控制性结构面，水平退深5～10 m即为较为稳定岩层，建议对倒悬体、错落式、孤立式危岩定点爆破清除。滑塌式、倾倒式危岩采用主动网、砂浆锚杆加固，部分公路高危段可采用棚洞防护。

b.落石处理。由于芦山地震最高烈度是Ⅸ度，不像汶川地震所释放的能量巨大。所以很多坡表危石不像汶川地震时滚落得那么“痛快淋漓”，多数处于松而未垮、动而未滚的状态，一旦这些潜在的“炸弹”遇到余震或降雨就会发作，极难防范。所以需要及时用人工或爆破手段清除，局部可采用“门帘式”主动防护网拦截，在治理设计过程中要注意发挥坡面的缓冲平台作用。

c.不稳定斜坡与泥石流。应加紧布置专业队伍进行灾害隐患排查，并布置勘查工作，结合小流域治理规划，进行泥石流综合治理。

d.对地质灾害点加紧实施监测预警。

5 结语

本文对“4·20”芦山七级地震地质灾害进行了初步分析，认为地震新增1 800多处具有危害性的地质灾害点，并且许多地质灾害直接造成了人员伤亡。地质灾害高发区在Ⅷ、Ⅸ烈度区的峡谷地段。地震触发的地质灾害类型为浅层滑坡与崩塌、落石，以崩塌体数量最多，崩塌失稳模式为震动－拉裂－滑移、震动－拉裂－错落、震动－偏心滚落3种。地震灾区地质灾害的触发因素是余震与降雨。震后已经发生的多起崩塌滚石致人伤亡事件，说明了地质灾害的隐蔽性与滞后性。灾后重建对崩塌滚石的治理非常急迫，同时震裂山体判识与泥石流物源增加的评价也需抓紧开展。

作者在研究工作中得到了王运生教授和李渝生教授的帮助与指导，本文参引了裴钻、李为乐和罗永红博士的成果，参与本项目研究的还有魏小佳、蒙明辉、高东硕士研究生。对他们在灾区的辛勤工作与无私奉献，一并致以感谢！

[1]四川芦山龙门乡99%以上房屋垮塌、受灾人口152万[N／OL].（2013－04－20）.http：／／www.people.com.cn.Sichuan Lushan Longmen Town，more than 99%of houses collapsed，the affected population 1，520，000，[N／OL].（2013－04－20）.http：／／www.people.com.cn.（In Chinese）

[2]“4.20”芦山7.0级地震震后第四批地质灾害隐患点基本情况 [EB／OL].[2013－05－03].http：／／www.sced.cn.After“4.20”Lushan 7.0earthquake，the fourth installment of geological disaster point[EB／OL].[2013－05－03].http：／／www.sced.cn.（In Chinese）

[3]黄润秋，唐川，李勇，等.汶川地震地质灾害研究[M].北京：科学出版社，2009.Huang R Q，Tang C，Li Y，et al.Geo－hazard Assessment of the Wenchuan Earthquake[M].Beijing：Science Press，2009.（In Chinese）

[4]黄润秋，裴向军，李天斌.汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析[J].工程地质学报，2008，16（6）：730－741.Huang R Q，Pei X J，Li T B.Basic characteristic and formation mechanism of the largest scale landslide at Daguangbao occurred during the Wenchuan earthquake[J].Journal of Engineering Geology，2008，16（6）：730－741.（In Chinese）

[5]殷跃平.汶川八级地震地质灾害研究[J].工程地质学报，2008，16（4）：433－444.Yin Y P.Researches on the Geo－hazards triggered by Wenchuan earthquake，Sichuan[J].Journal of Engineering Geology，2008，16（4）：433－444.（In Chinese）

[6]张倬元，王士天，王兰生，等.工程地质分析原理[M].北京：地质出版社，2009.Zhang Z Y，Wang S T，Wang L S，et al.Engineering Geology Analysis Principle[M].Beijing：Geological Publishing House，2009.（In Chinese）

[7]冯文凯，黄润秋，许强.地震波效应与山体斜坡震裂机理深入分析[J].西北地震学报，2011，33（1）：20－25.Feng W K，Huang R Q，Xu Q.In－depth analysis of the seismic wave effect and slope shattered mechanism[J].Northwestern Seismological Journal，2011，33（1）：20－25.（In Chinese）

[8]冯文凯，许强，黄润秋.斜坡震裂变形力学机制初探[J].岩石力学与工程学报，2009，28（增刊1）：3124－3130.Feng W K，Xu Q，Huang R Q.Preliminary study on mechanical mechanism of slope earthquake－induced deformation[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28（S1）：3124－3130.（In Chinese）

[9]殷跃平，王猛，李滨，等.汶川地震大光包滑坡动力响应特征研究[J].岩石力学与工程学报，2012，31（10）：1969－1982.Yin Y P，Wang M，Li B，et al.Dynamic response characteristics of Daguangbao landslide triggered by Wenchuan earthquake[J].Rock Mechanics and Engineering，2012，31（10）：1969－1982.（In Chinese）

[10]许强，裴向军，黄润秋，等.汶川地震大型滑坡研究[M].北京：科学出版社，2009.Xu Q，Pei X J，Huang R Q，et al.Large Landslide Research in Wenchuan Earthquake[M].Beijing：Science Press，2009.（In Chinese）

[11]裴向军，黄润秋，李世贵.强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究[J].岩石力学与工程学报，2011，30（增刊2）：3995－4001.Pei X J，Huang R Q，Li S G.Study of dynamic response of bridge pier shocked by falling rock induced by intensive earthquake[J].Rock Mechanics and Engineering，2011，30（S2）：3995－4001.（In Chinese）