汶川县三关庙后山不稳定斜坡成因机制

2014-03-01黄颉金辉钟义敏

地质灾害与环境保护 2014年4期

黄颉，金辉，钟义敏

（成都兴蜀勘察基础工程公司，成都 610072）

1 引言

2008年5月12日四川省汶川县发生里氏8.0级大地震，震中位于汶川县映秀镇，地震烈度达Ⅺ度。汶川地震给四川省造成极为严重的人员伤亡和财产损失，同时因地震引发了大量的次生地质灾害。地震前汶川县共发育地质灾害隐患点132处，据华地公司汶川地震排查报告，原有地质灾害隐患点在地震中绝大多数都有不同程度的加剧破坏和隐患增大，除部分灾害点因威胁对象搬迁或灭失外，还有94处存在较为严重的隐患，且地震新增地质灾害点达353处，可见地震次生地质灾害是非常严重的。

三关庙后山不稳定斜坡为汶川地震后新形成的地质灾害点，受地震影响，斜坡上岩体崩落，砸毁下部房屋，不稳定斜坡威胁下部18户51人和一所自来水厂、一座油库的安全。

本文在对现场详细勘查的基础上，较为具体地描述了不稳定斜坡的基本特征，同时结合斜坡的地质构造特征及斜坡上各种灾害体发育特征，分析灾害体的形成机理。本文旨在对汶川地震引发的这类不稳定斜坡做初步分析，为后续研究者提供参考。

2 地质环境条件

2.1 地形地貌

三关庙后山不稳定斜坡位于岷江左岸，斜坡区属中山地貌，斜坡总体由两级平台和两级陡坎构成，斜坡前缘为人工切坡所形成的陡坎，坎高15～30 m，斜坡后缘为天然陡坎，坎高5～8 m，斜坡区上部坡度较陡，坡度50°～75°，斜坡区中下部坡度稍缓，坡度30°～50°。

2.2 地层岩性

斜坡区主要为第四系残坡积、崩坡积物（Q4el＋dl）覆盖，第四系冲洪积（Q4al），第四系更新统冰渍层（Qp），下伏基岩为泥盆系月里寨群（Dyl）。

第四系残坡积、崩坡积物（Q4el＋dl）：以粉质粘土、粘土、碎石土为主，结构呈半胶结状，碎石含量一般15%～40%，碎石以干枚岩、灰岩为主。土层厚度为3～22 m。

第四系冲洪积（Q4al）：以深灰色细中砂为主，夹较多卵石，结构松散。卵石粒径最大10 cm×20 cm，最小1 cm×2 cm，一般5 cm×8 cm，磨圆度好，分选性差。该层主要分布在岷江岸边一带。

第四系更新统冰渍层（Qp）：为黄灰色粉质粘土夹块砾石。该层分布广泛。

泥盆系月里寨群（Dly）：为深灰色千枚岩、绢云母石英干枚岩夹铁硅质灰岩、结晶灰岩、块状灰岩等。该层主要分布在不稳定斜坡中上部。

2.3 地质构造

（1）地质构造

据区域地质资料（茂汶幅），勘查区位于茂汶大断层的北东段（图1），断层走向约45°～50°，倾向约315°～330°，倾角约70°～80°，上盘（北西盘）为寒武系－志留系茂县群，下盘（南东盘）为上震旦统灯影组－泥盆系月里寨群及晋宁－澂江期牟托花岗岩体。断层破碎带宽20 m，属压扭性断层，在汶川附近及茂县附近多出现分叉闭合现象，表现为夹许多透镜状断块的复杂断裂带，地层破碎、产状倒转等现象多处可见。九顶山断层从勘查场区南侧经过，该断层为茂汶大断层的最大分支断层，走向40°～50°，断层产状变化较大；勘查区东侧分布有索桥断层；勘查区北西侧发育有羊龙山倒转向斜、克枯倒转复背斜。

（2）地震

勘查区位于茂汶大断裂上，历史上曾多次发生地震，本次汶川5.12特大地震为汶川县有历史记载以来震级最高，破坏强度最大的一次地震，其震级达8级，地震烈度达Ⅺ度。据《中国地震动参数区划图（GB18306－2001）》和《建筑抗震设计规范（GB50011－2001）》（2008年版），汶川县抗震设防烈度为Ⅷ度，基本地震加速度为0.2 g，设计地震分组为第一组。

图1 勘查区构造纲要图Fig.1 Outline map of the tar get area

3 不稳定斜坡的基本特征

三关庙不稳定斜坡处于汶川县威洲镇，前缘高程1 550 m，后缘高程一般为1 880 m左右；地形坡度30°～60°左右，轴长610 m左右，横宽约400 m，方量约90×104m3，为中型不稳定斜坡（图2）。

根据三关庙后山不稳定斜坡的勘查报告，该不稳定斜坡可划分为三类变形体（图3），即滑坡（Ⅰ）、崩塌（Ⅱ）和土质斜坡（Ⅲ）。经过详细分析，滑坡区（Ⅰ区）位于崩塌区上部，由于受崩塌区岩体崩落影响，崩塌区上部斜坡土体发生牵引式变形破坏，发育多处裂缝；而土质斜坡区（Ⅲ区）为稳定斜坡区，未发生明显变形。因此本文主要针对不稳定斜坡的崩塌区进行详细描述。

图2 不稳定斜坡全貌Fig.2 Full view of the unstable slope

图3 不稳定斜坡分区图Fig.3 Partition map of the unstable slope

斜坡区内三个崩塌区均为灰色厚－巨厚层灰岩形成的崩塌，岩层产状131°～136°∠38°～56°。各区危岩体方量800～1 400 m3，主要受三组裂隙控制，即228°～266°∠50°～73°，308°～338°∠41°～62°，80°～108°∠56°～70°，单体被切割块度0.6×0.3×0.2 m～0.4×0.8×1.2 m。调查期间到处可见岩石崩滑后形成的凹坑，坡面上余下更多的松动岩石和孤石。岩体的稳定性较差，根据岩体切割块体的形态、坡面形态及坡面植被情况，危岩体的变形方式为滑塌式。危岩体下部崩塌堆积体物质组成为灰岩和千枚岩碎块，体积约7 000～15 000 m3。崩塌堆积体分选性较好，其落石块度最大7.5×3.5×2.2，一般块径小于0.5 m，约占总量的55%，均堆积于该区斜坡下部。落石崩落最大高差约170 m，最远落距达250 m。

4 成因机制分析

三关庙后山不稳定斜坡为汶川地震引发的次生地质灾害，其诱发因素为地震。结合上文，从以下几个方面分析不稳定斜坡的形成机制。

4.1 地形地貌影响因素

三关庙后山不稳定斜坡位于岷江左岸，斜坡区属中山地貌，斜坡海拔高程1 530～1 860 m，根据黄润秋等研究［1]，地震地质灾害主要分布在海拔1 500～2 000 m以下的高程范围内，这一高程范围与该区域宽谷进入峡谷的高程范围大体相当，是河谷岸坡地形坡度较陡，岩体卸荷强烈，地震响应最为突出的部位。勘查区位于震源映秀的北东侧，斜坡坡向346°～10°，背靠震源方向，正好符合了唐春安等运用动力学理论对地震作用下斜坡破坏过程进行数值模拟而得出的背靠震源方向的斜坡比面向震源方向更容易发生滑坡的结论［2]。另外，斜坡区上部坡度较陡，坡度50°～75°度，斜坡区中下部坡度稍缓，坡度30°～50°。上陡下缓的地形，极利于岩体崩落。综上，斜坡区地形地貌因素不利于坡体稳定。

4.2 地层岩性影响因素

统计研究发现，失稳斜坡发育最多的地层依次为三叠系、元古代、志留系、泥盆系［1]。斜坡内出露基岩岩性为泥盆系月里寨群（Dyl）深灰色千枚岩、绢云母石英干枚岩夹铁硅质灰岩、结晶灰岩、块状灰岩等。岩层产状131°～136°∠38°～56°，为反向坡。因此，斜坡不存在顺层滑动的情况，坡体的稳定性主要受控于节理与裂隙的发育程度与规模，特别是倾向坡外的节理裂隙。岩体主要受三组裂隙控制，危岩节理与裂隙发育，规模较大，且贯通性较好，因此，岩体的整体稳定性差。

4.3 地质构造影响因素

汶川地震除龙门山中央断裂北川－映秀断裂发生错动外，其前山断裂（江油－都江堰断裂）、后山断裂（茂汶断裂）也发生了错动。统计研究发现，失稳的斜坡与断层的分布关系密切，明显受后山断裂、中央断裂及前山断裂的控制，86%以上的失稳斜坡分布在断层两侧10 k m以内［1]。

据区域地质资料（茂汶幅），茂汶断层穿过勘查区，断层破碎带宽20 m，属压扭性断层，且在勘查区附近出现分叉闭合现象，表现为夹许多透镜状断块的复杂断裂带。地质构造对勘查区的影响，主要表现为勘查区内岩体破碎，构造裂隙发育。在卸荷作用下，卸荷裂隙一般在构造裂隙的基础上继承发展，在危岩体压应力作用下，垂向裂隙面贯通后形成崩落［3]，不利于坡体稳定性。

4.4 地震影响因素

图4 崩塌区岩体发生崩落后堆积现状Fig.4 Currentsituation after the rock avalanche

图5 不稳定斜坡典型工程地质剖面图Fig.5 Engineering geological profile

汶川地震在地震过程和动力特征上表现出以下几种主要特征：①震级高，震源浅。地震震级达里氏8.0级，震源深度仅12～15 k m。②具有面状震源的特点，破裂带长达近300 k m。汶川地震的发生具有沿破裂带持续累进性破坏的特点。③地震持续时间长，达80～120 s。长持时的振动是导致地震强烈破坏和触发大量地质灾害产生的重要原因。④地震动响应强烈，本次地震记录到的地面运动峰值加速度局部地段达到1.5～2.0 g。上述特征决定了汶川地震对建（构）筑物以及地质环境具有极大的破坏性和摧毁性，是导致灾区斜坡大量失稳，触发大量地质灾害的根本原因［1]。

勘查区距离震中约50 k m，距离发震断裂映秀断层直线距离约20 k m。汶川地震时勘查区地震烈度为Ⅸ度（图5），在地震波作用下，勘查区岩体被震动松弛，产生明显的震动扩容，即节理岩体剪胀效应（图6）。震后剪胀扩容的岩体结构，其岩体质量明显降低，其力学强度大幅度损失，岩体的渗透性能明显增强，因此边坡的稳定性大幅度降低［1]。因此，地震是本次勘查区发生崩塌的诱发因素。

图6 汶川地震地震烈度图Fig.6 Seismic intensity map of Wenchuan earthquake

图7 受地震影响岩体裂隙发育照片Fig.7 Fault development affected by the earthquake

综上，三关庙后山不稳定斜坡中上部出露的灰岩块体，由于受地形地貌、地层岩性以及地质构造等因素控制，节理裂隙发育。地震时，由于其处在茂汶断层断裂带，地震作用力较大，岩体受到地震波作用，使坡面原本节理裂隙较发育的岩体沿裂隙面松动，并在随之而来的横波的作用下，岩体向坡外抛出，发生崩落［5]。因此，汶川县三关庙后山不稳定斜坡崩塌区形成的主要控制因素为地形地貌、地层岩性及地质构造，主要诱发因素为汶川地震。