大型深层滑坡灾害及其预测

（京都大学防灾研究所，日本京都611-0011）

（京都大学防灾研究所，日本京都611-0011）

为了进一步探明大型深层滑坡发生机制，对今后发生潜在大型深层滑坡区域进行预测，通过对比分析近年来亚洲地区发生的多起大型深层滑坡，从诱发大型深层滑坡的地震与降雨两个主要方面，分析了特殊地层岩性在化学风化作用影响下与多种坡体结构在重力作用影响下的深层滑坡特征，以及降雨对于该类滑坡的形成所具有的促进作用.研究结果表明，对于由地震作用诱发的深层滑坡，应主要根据不同岩石种类的化学风化情况、深层滑坡形成的力学演化机制以及先行降雨对地震滑坡潜在位置进行预测；对于由降雨诱发的深层滑坡，应主要根据重力边坡变形与内部地质结构的地形特征对深层滑坡发生位置进行预测.

降雨；地震；重力变形；深层滑坡

滑坡灾害常受到岩石地质条件变化的影响.如：2014年广岛暴雨引起的浅层滑坡和泥石流，其中岩石的岩性是风化花岗岩；2013年伊豆大岛暴雨引起的浅层滑坡和泥石流，其岩性是年代较新的火山灰.由于这些岩石的地质特征，决定了这些地方不会发生灾难性的深层滑坡.相反，2011年，塔拉斯台风在日本西部纪伊山脉诱发了很多灾难性深层滑坡，因为该地区的白垩纪增生杂岩带非常可能形成大型深层滑坡.

本文所讨论的大型深层滑坡是指高速碎屑滑坡［1］或岩石、岩屑崩落等.这些滑坡受到深层地质构造的影响，有别于近地表土体或碎屑组成的浅层滑坡.为了减轻这种由大型深层滑坡引起的灾害，需对它们的潜在位置进行预测.然而目前这种方法尚未建立，因此，本文总结了大型深层滑坡带来的灾害及其发生地点的预测方法.

1 大型深层滑坡带来的灾害

大型深层滑坡带来的灾害主要有岩石的相互撞击、由滑坡坝引起的上游洪水泛滥、溃决时引发下游洪灾以及铁路、公路生命线中断等.

岩石块的相互撞击将摧毁大多数的人工建筑，但是，救援人员可能通过搜寻堆积体的特定部分找到被困人员，这些部分在运动过程中并未与其他滑体完全混合，即使完全压碎仍能保持其在原有坡体的相对位置.1999年，在台湾省集集地震引起的草岭和九份二山滑坡中，滑体顶部的建筑在滑坡后仍然处在堆积体的顶部位置，这使得屋内人员虽有受伤但还是得以幸存.

深层滑坡是大量岩石或碎屑的滑动，这些堆积物常形成滑坡坝，从而导致上游被淹没；当滑坡坝溃决时，下游将产生洪水灾害.为了应对这种洪水灾害，需要对滑坡坝的形成进行监测.该工作可通过监测振动数据来实现对滑坡震动的探测［2-3］，然而，由于地震本身造成的影响，由地震引起的滑坡可能无法通过地震数据来进行探测.由滑坡坝溃决引起最为严重的一次滑坡灾害，是1933年8月25日下午3点50分发生在四川省叠溪的7.5级地震，该地震诱发了大型岩质滑坡并形成了滑坡坝，震后45天滑坡坝溃决，引发了洪水并造成20 000人死亡.在一次大暴雨或强地震中，深层滑坡可能发生在很多地方，并摧毁公路，铁路等基础设施，如2008年中国汶川地震和2011年日本塔拉斯台风.

通常大型深层滑坡的移动速度超过100 km/h，并且滑动距离很远.如1984年长野县西部地震引起的御岳山滑坡，8分钟内移动距离约10 km［4］.滑坡的运动性可通过等效摩擦因数进行评价（等效摩擦因数是滑坡高度和水平长度的比值）.等效摩擦因数随滑坡体积的增大而减小.值得注意的是，火山碎屑堆积滑坡的等效摩擦因数比其他类的滑坡要小的多，如图1所示［5］.从图1可看到，火山碎屑滑坡点远低于其他滑坡线.

图1 等效摩擦因数与滑坡体积之间的关系Fig.1 Equivalent coefficient of friction and landslide volumes

2 大型深层滑坡潜在位置预测

2.1 地震引发的滑坡

最近的地震，如2011年日本地震、2009年印度巴东地震、2008年中国汶川地震、2008年日本岩手宫城地震、2005年巴基斯坦地震，以及2004年日本新泻地震都有利于帮助我们了解地震诱发灾害性深层滑坡发生的地点和原因，这些滑坡通常发生在岩体化学风化和重力变形过程到达或接近阈值时，且先于地震诱发灾难性破坏.

2.1.1 化学风化诱发的滑坡

（1）火山碎屑堆积体

在很多国家，地震诱发的滑坡常发生在火山碎屑堆积的缓倾边坡［5-6］，如表1［7］.这些滑坡极易滑动，但不会发生在陡倾斜坡上，因为火山碎屑堆积形成的边坡倾角小于其休止角.导致这种滑坡最基本的因素是坡面与层面平行，深部强风化岩层以及坡脚削坡.滑动面往往含有黏土质火山灰或浮石基底，黏土矿物埃洛石也常出现在其中.滑坡可能发生的地点可以根据火成岩地层进行预测，由表1所列案例显示该特殊地层层位可成为滑动面区域.富含埃洛石的土体可能具有在抗地震震动过程中表现薄弱的特性，但还需要进一步研究［7］.

最近由地震引起的大型火山碎屑滑坡是发生于2016年2月16日日本阿苏地区的熊本地震.该地震震级为7.3级，矩震级7.0级，如图2所示（照片来自国际航业公司和PASCO公司）.该滑坡造成5人死亡，具有最大深度10 m和滑动面沿浮石基础分布的特征.

表1 地震诱发大型火山碎屑堆积层滑坡列表Tab.1 A list of earthquake-induced catastrophic landslides of pyroclastic fall deposits

图2 2016年日本熊本地震引发火山碎屑堆积层滑坡Fig.2 A landslide of pyroclastic fall deposits induced by the 2016 Kumamoto earthquake，in Japan

（2）碳酸盐岩

碳酸盐岩易被地下水所含碳酸溶解，从而形成诸如洞穴、落水洞等地貌.2008年汶川地震引发大量碳酸盐岩滑坡［8-9］，其中有许多滑坡发生在具有良好成层性的碳酸盐岩斜坡上.这些滑坡的滑动面沿层理面发育，滑动面通常表现为具有涟漪状洼地和破裂状突出体的粗糙表面，其中洼地是由碳酸盐溶解形成，断裂的突出体是在上覆滑动岩体和下部岩体接触面形成［10］，断裂突出是在发生上覆盖滑动岩石和岩石下方之间的接触部分.地下水沿层面流动溶解碳酸盐，减小了上部滑动岩体与下部岩体的接触面积，这些接触面最终被地震动破坏.与之相对，孔隙空间的增大可疏导地下水，因此在雨季孔隙水压力不太可能形成.在2005年喀什米尔地震中，许多地区也诱发了不少大型碳酸盐岩滑坡［11］.

2.1.2 力学机制

大型地震滑坡的前期力学酝酿通常表现为滑坡发生前的深层重力边坡变形，这种变形在许多滑坡之前发生.前期的重力边坡变形对地震引起大型滑坡的破坏包括几种特定的类型，见表2［5］.九份二山滑坡在滑坡前的凸形坡上已出现纵弯褶皱（见表2中B结构），该边坡的变形在地形上表现出线性凹陷和阶梯.纵弯褶皱常出现在缓倾顺层边坡，当纵弯褶皱发生于褶皱下翼倒转部位时，纵弯褶皱可显著地降低边坡的稳定性，原因是当褶皱下翼破坏时，整个边坡在坡脚处将失去支撑.

缓倾顺层边坡中一种特殊类型是支撑型构造.该类型位于坡脚的基底并支持着上部坡体，有可能是地震诱发滑坡的发生地（见表2中Bt结构）.一个著名的案例是1959年美国赫布根湖地震引发的麦迪逊滑坡［12］.

中陡倾顺层边坡可能易于发生平流滑动（见表2中OC结构），形成线状凹地或上倾陡坡. 1999年集集地震中的草岭滑坡就是该类型，在地震前存在中陡倾顺层边坡，线状凹陷并有沿其方向凹陷的趋势.

由地震频繁诱发的另一类型滑坡是古滑坡的复活.这种古滑坡从山谷一侧穿越河流与对侧坡体相撞，然后受到河流侵蚀发生底部切割（见表2中的CU结构）.由于上部物质支撑的移除，造成滑体不稳定而复活，这种类型的滑坡在2004年日本新泻地震中很多地方均有发生［14］.

表2 地震诱发各种由不同特殊地质构造和先期地貌所形成的岩石的滑坡列表Tab.2 A list of earthquake-induced landslides of various rocks with special references to geologic structures and precursory landforms

2.1.3 前期降雨

因为地下水位线能通过正孔隙水压力增加或减少影响土体的基质吸力，所以地震前的降雨（先行降雨）对滑坡发生具有显著性影响.2004年日本新泻地震诱发了100起超过105m3的滑坡［23］，但是2007年诺托半岛和2007年新泻地震诱发的滑坡却很少，尽管这两次地震具有相似的地质和地貌条件和相近的地震强度.根据滑坡发生中所观察的区别已做过相关报道［24］，2004年地震前三天内有超过100 mm的降雨，但是另外两个地震前的降雨量要小得多.

前期降雨也对那些火山碎屑堆积体滑坡的发生有着极大的影响.根据日本气象厅报道，2011年日本东北地震在广泛区域引起了大于6级的震动，但所触发的由火山碎屑堆积体形成的滑坡却少于10个.对比诱发火山碎屑滑坡地震的前10天、30天和60天的降雨量（表2所示）可以发现，2011年日本东北地震具有在这3个周期降雨量最少的特征.前期降雨对地震诱发滑坡的影响在新西兰也有过报道［24］.

如上所述，当基于历史数据绘制滑坡灾害图时，前期降雨对滑坡发生的影响必须予以考虑，因为震前的雨量大小会影响地震滑坡的形式和数量.震前降雨的评价周期必须依赖于地质条件进行原因分析，例如风化的火山碎屑物质比砂类物质持水时间更长，因此，在关于滑坡地质灾害绘图中，当评价前期降雨和地震的影响时，长期的时间效应需考虑进去，而对于地震运动活跃地区若出现短时间范围内的集中降雨，应适当加强降雨与边坡变形的监测.同时，由于地震预测相当困难，这也为及时预测潜在深层滑坡区先行降雨带来了一定的难度.

2.2 降雨诱发深层大型滑坡

2011年台风塔拉斯袭击了日本西部纪伊山并引起了约70个大型深层滑坡［15］，通过使用滑坡前后高分辨率LiDAR数据，分析了降雨诱发的大型深层滑坡的位置特征.这是滑坡事件发生前第一份具体的地形特征研究，发现重力边坡变形早在许多深层大型滑坡前已经出现.

基于日本2005年彩蝶和2011年塔拉斯台风引起的深层大型滑坡调查［15，18］，本文总结了重力边坡变形与内部地质结构的地形特征，其示意图如图3（修改于文献［25］）所示.

图3 地形地貌和地质结构说明重力斜坡变形对暴雨影响非常敏感Fig.3 Topographic features and geologic structures showing gravitational slope deformations that are very susceptible to heavy rainstorms

从图3（a）中可以看出，缓倾顺层边坡圆点状和不规则状的边坡表面表示为重力边坡变形，变形区域的一部分在脱离周围变形后快速下滑，小型的后缘陡坡和坡脚破坏可以预示为大型破坏前的不稳定体.在重力变形边坡坡脚出现的较大破坏也是潜在的大型不稳定体.

从图3（b）中可以看出：在平行边坡，陡倾顺向坡或缓倾顺向坡中发生的重力边坡变形具有较大的后缘陡坡或山脊顶部凹陷；在陡倾顺向坡或平行斜坡，基底具有典型向坡下弯曲的形态；当纵弯褶皱不断发育并在坡脚处产生破坏时，整个边坡将变得不稳定；对于缓倾顺层边坡，后缘陡坡或脊顶凹地的较大位移显示出一个成熟滑动区域的形成，该区域可能持续缓慢的稳定滑动，而非大型破坏，当坡脚失效时可能引起整个边坡的破坏.

从图3（c）中可以看出，面向上坡方向的陡坡和山脊顶部的洼地可能是由弯曲倾倒作用形成，其中强烈变形区发生在轴向位置，该类型滑动不会在变形早期阶段发生.随着变形进一步发展，轴向变形部分可转变为滑动带从而使得整个边坡下滑，此时边坡表面可形成连续性小型陡坡，在变形边坡坡脚处的小型破坏将使得边坡发生失稳.

3 结束语

本文通过大型深层滑坡引起的灾害概况综述以及该类滑坡地质地貌特征评价，可为灾害图绘制提供基础资料.浅层滑坡发生的潜在位置通常很难识别，是因为地下构造和岩土体性质变化较大.比较起来，深层滑坡基于一些具体的地质地貌特征，在很多案例中是可以预测的.近期对深层滑坡的研究表明，除了火山碎屑堆积体和一些碳酸盐岩地区由地震作用诱发的滑坡，这类滑坡通常在前期有重力边坡变形.然而，在火山碎屑堆积体中由地震诱发的滑坡通过火山层序以及风化情况调查，在确认滑动物质或相对应的滑动面后可以进行预测.其他在前期具有重力边坡变形的灾难性滑坡，通过地形特征分析也可以进行预测.

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大型深层滑坡灾害及其预测

千木良雅弘

Disasters Caused by Deep-Seated Catastrophic Landslides and Prediction of Their Potential Sites

CHIGIRA Masahiro
（Disaster Prevention Research Institute，Kyoto University，Kyoto 611-0011，Japan）

In order to understand the mechanism of deep-seated catastrophic landslides and make prediction of their potential sites，some typical deep-seated catastrophic landslides occurred in Asia were analyzed comparatively.From the aspects of two landslide-inducing factors，earthquake and rainfall，the characteristics of landslides prepared by chemical weathering processes and gravitational deformation were analyzed.Rainfall plays a significant role in the occurrence of deep-seated catastrophic landslides.The results show that for the earthquake-induced catastrophic landslides，the potential site can be predicted by considering the chemical weathering of different kinds of rocks，mechanical preparation and antecedent rainfall；for the rain-induced catastrophic landslides，the topographic features of gravity slope deformation and the geological structures can be used for prediction.

rainfall；earthquake；gravitational deformation；deep-seated catastrophic landslide

0258-2724（2016）05-0981-07

10.3969/j.issn.0258-2724.2016.05.022

P512.1；P642.22

A

2016-06-17

千木良雅弘（1955—），男，教授，研究方向为岩石风化及其工程特性评价、地质灾害及防治工程，E-mail：chigira@slope.dpri. kyoto-u.ac.jp

千木良雅弘.大型深层滑坡灾害及其预测［J］.西南交通大学学报，2016，51（5）：981-986，994

（中文编辑：唐 晴 英文编辑：周 尧）