南平市红星滑坡泥石流特征及成因

2014-03-01黄国平柳侃叶龙珍

地质灾害与环境保护 2014年4期

黄国平，柳侃，叶龙珍

（1.福建省地质灾害防治重点实验室，福州 350002；2.江西省赣南地质调查大队，赣州 341000）

1 概述

滑坡－泥石流灾害是我国主要的一种地质灾害，每年因滑坡－泥石流灾害造成的死亡人数数以百计。滑坡－泥石流就像一对孪生姐妹，如影随形，形成严重的灾害链。2008年汶川大地震诱发的滑坡－泥石流及2010年舟曲“8.8”泥石流灾害，举世震惊。相关学者对滑坡－泥石流研究从未间断，从不同层面、全方位进行了深入研究［1－6]，为滑坡－泥石流灾害防治积累了丰富经验。

2010年6月13～26日，南平市延平区经历了一次强降雨过程，过程降雨量达684.8 mm，引发了多达14 610处山体滑坡、崩塌、泥石流。红星村立墩自然村滑坡－泥石流灾害形成于6月18日，强降雨中，引发了村庄周边多处滑坡，摧毁了多栋民房并造成1人死亡，村民为避灾躲进了村后礼堂，下午4点半左右，山洪携带沟谷两侧滑体形成泥石流，摧毁沟口礼堂，造成26人遇难，1人失踪，其中有2位即将临产的孕妇［7]。

2 地质环境条件概述

红星村立墩自然村位于南平市区北东方向直线距离约7 k m处，处于丘陵与低山的过渡地带，山顶标高一般400～500 m，相对高差50～150 m，自然坡度20°～35°。民房集中坐落于北东向沟谷中，沿山脚布置，地面标高330～345 m，坡脚建房切坡较普遍，沟中部为进村道路、溪流及菜地，村礼堂位于村庄的尽头（图1）。

小溪为常年性溪流，流量随季节变化大，为暴涨暴落型溪流，旱季基本能保证自然村200多人的生产生活用水。

自然村及其周边地层不发育，除表层覆盖残坡积层外，大面积出露燕山早期浅灰色中细粒花岗闪长岩，岩石风化强烈，砂土状全－强风化厚度，一般5～10 m，局部大于20 m。

3 滑坡－泥石流基本特征

滑坡由A、B、C、D四个独立滑坡组成，均为突发性土质滑坡，事先没有出现任何变形预兆，其中滑坡B、C、D为沟谷泥石流的形成提供了丰富的物质来源（图1）。

3.1 滑坡特征

图1 滑坡－泥石流分布图Fig.1 Landslide－debris flow distribution

滑坡A：位于自然村北侧，微地貌为簸箕形，主滑坡平面呈半圆形，主轴长40～50 m，平均宽约75 m，面积约3 375 m2，厚度2～3 m，体积约8 438 m3。滑体主要由残坡积砂质粘性土组成，大部分滑体堆积坡脚，仅少量滑体残留在裸露的滑面上，滑体上直径50 cm的高耸大树从滑坡后缘滑至坡脚。滑坡前后缘高差约35 m。滑坡后缘壁陡倾，滑面中下部呈直线型，产状180°∠35°～40°。滑带土为含砂粘性土，滑床为强风化花岗闪长岩（图2）。滑体摧毁坡脚民房6栋（30多间），并造成一人死亡。

图2 滑坡A全貌（方向：345°）Fig.2 Panorama of Landslide A （direction：345°）

滑坡B：位于沟谷上游，微地貌处于斜坡微凹部位，坡面林木茂盛。滑坡平面形态呈长条形，前后缘高差约35 m。滑体主轴长80 m，宽约60 m，面积4 800 m2，滑体厚度2.0～3.0 m，体积约12 000 m3。滑体迅速下滑后堆积于坡脚农田中，成分为残坡积粘性土。滑面平直，产状200°∠40°～50°，局部见明显擦痕。滑带土为粉质粘土，厚度2～3 cm。滑床为强风化花岗闪长岩。现场仍有大部分滑体堆积于沟谷（图3、图4）。

滑坡C：位于沟谷中游，滑坡后缘为小山路，坡脚为冲沟，相对高差10～15 m。滑体主轴长约20 m，宽80 m，厚2～3 m，面积约1 600 m2，体积约4 000 m3，主滑为180°。滑体为残坡积砂质粘性土；滑面较平直，产状180°∠65°～75°；滑床为强风化花岗闪长岩（图5）。滑体堆积于冲沟中，造成临时堵塞，不仅为泥石流提供了物质来源，也为泥石流蓄积了势能。

图3 滑坡B及后缘强风化岩滑动界面Fig.3 Sliding interface of strong weathering at the trailing edge of Landslide B

图4 滑坡B前缘沟谷中滑坡堆积体Fig.4 Landslide deposits at the front edge valley of Landslide B

图5 滑坡C全貌Fig.5 Panorama of Landslide C

滑坡D：位于村礼堂的左侧，根据滑动前后差异，分成左、右两个滑块（图6、图7）。右滑块距礼堂约60 m，发生于泥石流之前，平面形态呈长条形，滑面形态为直线形，前后缘相对高差约35 m，主轴长70 m，宽约40 m，厚度约2 m，面积约2 800 m2，体积约5 600 m3，主滑355°。滑体为残坡积砂质粘性土，滑面为残坡积土层与强风化岩分界面。左滑块位于村礼堂左侧，平面形态呈半圆形，滑面形态为直线形，前后缘相对高差约25 m，主轴长40 m，宽约90 m，厚度约2～3 m，面积约4 800 m2，体积约9 600 m3，主滑360°。滑体为残坡积砂质粘性土，滑面为残坡积土层与强风化岩分界面。该滑块发生于礼堂被泥石流冲毁之后，滑体前缘越过被泥石流冲毁的村礼堂、沟谷及公路，抵达对岸，摧毁对岸坡脚两栋民房，为高速跳跃式滑坡。

图6 滑坡D侧貌Fig.6 Side land form of Landslide D

图7 滑坡D正貌Fig.7 Front land form of Llandslide D

3.2 泥石流特征

（1）泥石流特征

泥石流是造成“6.18”重大人员伤亡的主要灾害，按该泥石流活动特征，划分成两部分，即形成－流通区和堆积区（图1）。

形成区和流通区没有明显界限，形成区即是流通区，长约550 m。从物质补给来源看，从上游到下游均有物质提供，但主要物质供给来源于滑坡C、B、D，其发生时间前后相差不大。滑坡B发生于沟谷的上游，滑体主要堆积于沟床，大部分滑体仍然残留原地（图4），仅有约5 000 m3被山洪携带成为泥石流的固体物质。滑坡C和D右块段合计约9 600 m3全部成为泥石流固体物质，加上泥石流沿途削刮加入的泥沙，固体物质总量约有15 000 m3。

施工技术人员在选择材料时，因组成材料及混凝土质量关系紧密，需注意其颗粒的大小，沥青混合颗粒和粗集料的直径最为接近，如此配比材料可保证公路路面的稳定及防滑性。施工技术人员在选择细集料时，需留意材料自身的含泥及含沙量。不建议应用存放较久的，应选择新鲜的集料，因此其稳定性及抗压性，会随着存放时间的增加而越来越差。

堆积区位于沟溪两岸，上至沟口的村礼堂，下至村口，长度达200 m左右。泥石流冲出沟口后，冲毁横亘在沟口的村礼堂及其附近房子，堆积于溪边及其两侧的菜地、鱼塘及道路上，大部分流体随着溪流被冲走（图8、图9）。由于后期抢险救灾动用了大型机械挖掘，堆积体已完全破坏，现场看到礼堂废墟上的堆积物，主要为后期滑坡D左滑块滑体与泥石流的混合体，长约100 m，宽60 m，厚1.5～4 m，上厚下薄，大致呈扇形，物质成分主要为砂质粘性土，下游颗粒较粗，为中－粗砂。

立墩自然村有上百年历史，据老人反映，后山沟谷也曾诱发过泥石流，但规模小，危害轻微。以后数十年未曾出现过，这次是最大最严重一次，证明该沟谷发生泥石流灾害的频率较低，为低频泥石流沟谷。

图8 泥石流堆积Fig.8 ebris flow deposits

图9 泥石流漫淹立墩村Fig.9 Debris flow inundating Lidun Village

（2）泥石流性状及相关计算参数［8－10]

根据气象资料，6月18日之前，连续6 d的降雨土体已经完全处于饱水状态，地下水开始向沟谷低洼处排泄。18日早上开始下暴雨，持续时间长达8 h，沟谷狭口以上汇水面积160 000 m2，按当日降雨量200 mm／d，沟谷洪水流量约32 000 m3／d，沟谷洪水水量大于沟谷中松散固体物质，固体物质平均占46.87%，但滑坡D右块段靠近沟口，实际上流通区固体物质仅占28.12%，按泥石流物质状态分类定义，该泥石流为稀性泥石流。现场调查，冲沟两侧基本没有固体物质残留，在沟谷狭口处民房墙壁上，可见泥流溅痕，高度达5 m左右（图10～12），上述两个特征也证明该泥石流属稀性泥石流。

①泥石流密度计算

式中，ρm为泥石流密度（t／m3）；ρw为水的密度（t／m3）；ds为固体物质相对密度，取2.6；f 为固体物质体积和水的体积之比，取0.281 2。

经计算，ρm＝1.351 3 t／m3，泥石流呈流动果汁状。

②流速计算

根据工程类比法，参照相关经验公式计算流速，公式如下：

式中，υm为泥石流断面平均流速（m／s）；Rm为泥石流流体水力半径（m），取泥位深度4 m；I为泥石流流面纵坡降比（%）；1／n为清水河槽糙率，取n＝4.5；α为阻力系数

式中，φ为泥石流泥砂修正系数；ρs为泥石流固体物质密度（t／m3）。

经计算，υm＝6.18 m／s，泥石流速度非常快。

4 滑坡－泥石流成因机制分析

4.1 地形地貌

立墩自然村位于低山－丘陵之过渡带，属滑坡、崩塌、泥石流易发地带。山体连绵起伏，沟壑纵横，相对高差50～150 m，自然斜坡多呈凸坡和直线坡，坡度25°～35°。村后山沟谷呈北东东方向，长约550 m，汇水面积约0.16 k m2。沟谷上游和下游呈“U”型，纵坡降117‰；中游呈不对称的“V”型，纵坡降300‰，冲沟偏向右岸，上宽2～4 m，深1.5～3 m，长度300 m；沟口形成峡口，这种地形有利于迅速汇集地表雨水，形成洪流。

图10 泥石流下游沟谷及泥痕飞溅Fig.10 Mud splashing in lower valleys

图11 泥石流上游沟谷地貌Fig.11 Catch ment landform in upper valleys

图12 泥石流中游沟谷陡坡流通区Fig.12 Steep flow－zone in middle valleys

4.2 岩土体物质结构及组成

立墩处于低山与丘陵的过渡地带，大面积出露燕山晚期花岗闪长岩，岩石风化强烈，表层普遍覆盖一层残坡积层。厚度变化较大，一般2～3 m，坡脚局部可达5 m左右。植物根系发育，土质较疏松，透水性较好，遇水易软化变形（重塑剪试验值c＝5～8 k Pa，φ＝5°～7°）。该层无论从颜色还是土体结构及力学性质均有别于下伏强风化岩石。由于分布广泛，为区内滑坡－泥石流提供了丰富的物质来源。

4.3 人类工程活动

立墩自然村位于北东向“U”山沟中，受地形及场地限制，沿山沟两侧坡脚建房切坡现象很普遍，切坡高3～9 m，坡度50°～75°，形成高陡临空面，改变了原始斜坡结构与应力平衡，且普遍没有采取防护措施，斜坡处于极限平衡状态。切坡造成残坡积层高悬于房屋之上，一旦滑动，将迅速摧毁坡脚民房，造成人员伤亡和财产损失。滑坡A、D均与建房切坡密切相关，其中滑坡D左滑块是典型的高速运动滑坡之一，其大部分滑体叠加堆放于村礼堂废墟上，由于其滑动晚于沟谷泥石流近2 h，所以未引起足够重视，可以说，如果泥石流不发生，滑坡D仍然会造成重大的人员伤亡事件。

4.4 植被

自然村周边植被以毛竹林为主，除滑坡B地表为杉木林外，滑坡A、C、D地表均为毛竹林。毛竹根系特别发育，根须盘根错节，相互交织成网，形成一个整体，对表土稳固起到较好作用。但毛竹根系发育较浅，一般深度2 m左右，根系发育深度基本未超出残坡积层与强风化层的分界面。毛竹作为当地的主要经济林之一，需要定期松土施肥，特别是春、冬两季竹笋挖掘，地表经常开挖得凹凸不平，表水容易汇集、入渗，在根系底部，即残坡积层和强风化交界面逐渐汇集，软化土体，形成一个软弱面，该软弱结构面一旦贯通，在上覆土体及植被重力作用下就会产生快速滑动。

4.5 强降雨

特殊的气象条件是泥石流形成的必要条件之一，2010年6月13～27日的强降雨过程突破了南平市有气象记录史以来的极值，历时之长、强度之大均创造新的历史记录。在“6.18”灾害发生以前，南平市普遍经历了5天的小雨、中雨到大雨的持续交替过程，土体经过雨水充分入渗，完全达到饱和状态，在土体自重及林木重压下，斜坡处于极限平衡状态，只要外部动力条件稍有改变，斜坡就可能失稳。6月18日南平市迎来了新一轮大暴雨袭击，大暴雨从早上8时左右开始，一直持续到下午5时左右，过程降雨量普遍达到200 mm以上。持续的大暴雨不仅触发了大面积的群发性滑坡，同时也为沟谷泥石流提供了大量水源，沟谷中的雨水汇集后变成洪流，裹挟着滑坡物质形成泥石流灾害。