论地质灾害风险识别问题

刘传正

(1.国土资源部地质灾害应急指导中心，北京 100081; 2.中国地质环境监测院，北京 100081)



论地质灾害风险识别问题

刘传正1，2

(1.国土资源部地质灾害应急指导中心，北京 100081; 2.中国地质环境监测院，北京 100081)

基于多年学术研究与实地“原型观测”，提出了地质灾害风险识别或早期识别的六个因素，包括地质体边界形态(a)、成分结构(b)、初始状态(c)、激发条件(d)、环境因素(e)和成灾条件(f)及其时间变化(t)，简称“六要素识别法”，可表示为R=f(a，b，c，d，e，f；t)。这些因素的变化决定着致灾体与承灾体遭遇的概率，从而为地质灾害风险评价指明方向。通过实际案例论证了典型因素变化导致的地质灾害，在思想上突破了以往过度关注于从已发生灾害事件推断未来风险的局限，推动从地质环境因素变化孕育地质灾害风险的研判，更有针对性地服务于防灾减灾管理决策。

地质灾害；风险识别；边界形态；初始状态；激发条件；环境因素；成灾模式

地质灾害风险识别或早期识别的主要任务是研判地质环境因素变化可能产生新的地质灾害，而不是识别出历史上是否发生过地质灾害。这就要求科技工作者识别追溯地质环境因素的过去，认真思考认识现状，研判预测未来。

学术界的探索主要关注于历史地质灾害事件的识别或正在变形的斜坡动态的早期探测，包括积极研发遥感遥测技术如GPS或InSAR技术的研发应用[1～2]。或者是一般性地质灾害的风险分析与管理，尤其是变形斜坡的监测与预警[3]。

一个错觉是，每年新发生地质灾害多数是未记录在案的，甚至出现所谓“测者未滑”和“滑者未测”貌似正确的认识[4]。因此，总结多年来的现场调查或“原型观测”经验和理论认识，认为地质灾害风险识别应该考虑对象的地貌形态(a)、成分结构(b)、初始状态(c)、激发条件(d)、环境因素(e)和成灾条件(f)及其时间变化(t)，才能对致灾体与承灾体遭遇的概率或灾害风险做出科学研判。这种认识概括为“六要素识别法”，可用方程表示：

R=f(a，b，c，d，e，f；t)其中，a，b，c，d，e，f分别代表了观测暂态时段六因素的状态参数，t代表了六因素变化的时间，R表示了各因素彼此间的连锁性反应或变化可能导致的地质灾害风险。这样一种概括就考虑了已发生过的、正在变形的、从未发生过或未变形区域等情形下一旦地貌形态、初始状态、引发条件发生变化，致灾体与人类活动遭遇的可能性就会变化。正确认识已发生者的既往状态，预测未发生者的危害，才能建立在地质事件识别基础上，关于人员、建筑、基础设施和环境可能遭遇灾害的风险。

1 地貌形态

地貌形态及其变化是斜坡变形失稳的重要因素。地貌形态可以是河流冲刷坡脚等自然变化，也可以是开挖或堆载等人为改变，两种情况都会因为外形的变化而引起内部应力作用的调整，一旦这种调整突破软弱部位的岩土体强度，就会造成损伤破坏，直至导致整体结构的逐渐崩溃，引发危岩崩塌或山体滑坡，尤其是对处于临界稳定的斜坡体[5]。

地质体地貌形态包括空间几何条件、地质体的边界特征和环境组合条件等，形态的变化常表现为地质体自身形态的改变，如地表开挖、地下开挖和工程堆填等。滑坡边界条件包括地形高差、坡度、微地貌和地质体完整性等。形态变化不但是变形破坏空间条件变化，也代表着内部受力条件及其对外界作用响应的变化。地貌形态的不同，对外界因素作用的响应也不同。地质体表面、内部分割面或交界面特性决定了跨越不连续边界处渗流场、应力场的性质。

自然演化边界的变化使其经受外界因素作用的敏感性提升而失稳破坏。2016年7月1日，贵州大方县理化乡偏坡村滑坡造成23人死亡、7人受伤。此次滑坡是其两侧历史上发生过顺层滑坡，缺失了两侧的阻滑约束而更易于滑动。滑坡区表层为第四系残坡积层，物质成分主要为粉质黏土夹碎石，滑坡中上部被修砌为阶梯状展布的农田。下伏岩层为紫红色薄层泥岩、砂质泥岩夹软弱夹层，岩体破碎，节理发育。地质结构为顺向坡，倾角略小于坡角，易形成顺向滑移。滑坡形成的主要引发因素是持续强降雨，滑前过程降雨量超过183 mm，12 h降雨量53.5 mm。滑动主要沿层间泥化夹层发生，降雨渗流使斜坡内的泥化夹层饱水软化，强度急剧降低而逐渐发展为滑动面。新滑坡两侧边界岩体早已滑脱，或者说，顺层岩体两侧为自由边界，缺少连续岩体的约束阻挡容易产生滑坡(图1)。

图1 贵州大方县偏坡村滑坡(2016.7.1)Fig.1 Pianpo village landslide in Dafang County, Guizhou Province on July 1, 2016

类似地，2004年12月3日，贵州纳雍县中岭镇左家营村后山发生危岩崩塌，造成44人死亡，13人受伤。此次事件是长期演化造成边界条件有利于崩塌产生。危岩体由灰岩、泥灰岩和粉质砂岩软硬相间组成，节理裂隙发育。植物根劈作用使裂隙逐渐增大并岩溶化，逐渐发展成危岩而发生崩塌(图2)。

图2 贵州纳雍县左家营崩塌(2004.12.3)Fig.2 Zuojiaying rockfall in Nayong County, Guizhou Province on Dec. 3, 2004

2017年1月20日，湖北南漳县城关镇山体崩塌灾害造成12人遇难，3人受伤。崩塌坡面近直立，岩体层面基本平行于坡面且近直立，构造节理面近乎垂直坡面。山体由碳酸盐岩组成，岩体风化裂隙和溶蚀裂隙发育。崩塌体东侧以节理裂隙为界，西侧以一凹沟为界。20年前此处是采石场，废弃后被选为酒店场址。边界条件改变使长期降雨入渗、淋滤和冻融风化作用加剧，造成岩体卸荷破坏、基座软化损伤。

前缘人为切坡改变边界，卸荷减压导致支撑力降低或抗滑阻力下降，形成应力集中区超过岩土体强度而发生滑坡。例如，云南保山市隆阳区瓦马乡河东村大石房滑坡，造成48人死亡，是多级切坡破坏了斜坡完整性造成灾难的典型案例[5]。后缘加载也是改变坡形，重心提高直接增加了推动力，形成滑坡灾害。

2 成分结构

地质体成分是土体还是岩体，土石颗粒初始糙度是棱角的还是磨圆的，级配是均匀的还是单一的或“等粒度”的，岩土结构是松散的、固结的、胶结的、结晶的或层状的还是块状的，是顺向坡还是逆向坡，决定了其对外界因素的易变性或敏感性。

2016年7月6日，新疆叶城县柯克亚乡玉赛斯村滑坡- 泥石流造成35人遇难。河谷冲洪积粉土、砂卵砾石结构松散，砾石分选磨圆差，坡体为风积粉土，松散无粘结。降雨引发滑坡堵塞沟谷造成断流约15 min，堰塞湖溃决形成山洪泥石流，冲毁或淤埋下游民居和学校。当地年均降水量约100 mm，事前区域短时降雨6.8～13.6 mm，个别地点达28.5 mm。

区内多期滑坡变形体是降雨渗透作用引发蠕动坍滑的结果，此次降雨事件引发大规模滑动冲入河道。斜坡土体内存在顺坡向微细纹层，成分以粉细砂为主。滑动带位于土体内部，滑带下土体干燥，降雨湿润深度就是滑体竖直厚度。降雨引起松散斜坡表层整体稳定性降低，前缘松散砂粉土易于冲刷形成陡坎，类同于切坡脚，改变前缘边界条件。降雨渗透和坡脚河流冲刷临空是滑坡的重要原因(图3)。

图3 新疆叶城玉赛斯村滑坡- 泥石流(2016.7.6)Fig.3 Yusaisi landslide- debris in Yecheng County, Xinjiang Autonomous Region on July 6, 2016

2013年3月29日，西藏墨竹工卡县扎西冈乡普朗沟泽日山滑坡- 碎屑流造成83人遇难。滑坡物质主要是采矿剥离的碎块石土，具有“等粒度”或“等块度”的单一级配，运动特征表现为“等粒体”的流动现象。滑坡前连续多次降雪消融与渗透作用起到了增加碎块石土体重量，润滑作用降低块石之间摩擦力，是引发斜坡整体失稳的直接因素。后缘不断弃土加载激发是“压垮骆驼的最后一根稻草”(图4)。滑坡启动过程系后缘松散堆积体的整体重力平衡逐渐向不稳定方向调整，物理本质是碎块石点接触与面接触的统计摩擦力学平衡逐渐被破坏，宏观休止角最后被突破而逐渐蠕动- 转动- 开裂- 崩溃形成“雪崩式”滑坡碎屑流或“颗粒流”运动[6]。

图4 西藏普朗沟滑坡前堆载情况Fig.4 Heaping state before landslide in Pulanggou, Tibet Autonomous Region on Mar. 29, 2013

顺向坡地质结构出现高速远程滑坡主要表现为整体性顺层滑动，一般不会出现碎屑流运动。1963年10月9日，意大利瓦依昂水库发生巨型顺倾层状岩体滑坡激起的涌浪翻越大坝，摧毁下游多个村镇，造成1 925人遇难。整体滑坡后的岩体基本保持原来层状，岩体上部凌空飞越，下部触底冲向对岸，滑坡地层到对岸后形成地层反倾[7]。事前水电工程师和滑坡学家关心的是滑坡失稳对大坝安全的影响，并未设想水坝抬升了洪水高度，高势能“瀑布式”洪水灾难对坝下居民的毁灭更加严重。Mueller L.也承认这次灾难是人类的错误、科学错误的案例和缺乏知识的结果[8]。

3 初始状态

初始状态是指事物发生突变前的物理状态，数学物理方程描述为在初始时刻t=0时的状态特征。地质体初始状态变量包括岩土、物理水理参数、力学参数、地下水条件、初始形变和初始应力状态等[5]。

2013年8月16日，辽宁抚顺地区过程降雨量达170 mm，降水渗流导致抚顺西露天矿南邦边坡中的地下水位急剧抬升，到8月21日升高了约20 m，对应的边坡变形速率由此前每天60 mm升至130 mm，地下含水条件剧变酿成特大滑坡险情。地下水位的急剧变化导致顺倾斜坡内的地下水浮托力、渗透压力和孔隙水压力急剧增大，有效应力急剧降低，是造成滑坡变形急剧增大的原因。

2013年7月8—10日，四川都江堰地区持续降雨40多小时，降雨量达941 mm。强降雨激发该市中兴镇三溪村五里坡发生顺层滑坡，而后转化为高位泥石流，造成161人遇难。持续强降雨使原本破坏的山体和崩坡积物泥化、液化，是形成大规模高位远程滑移塑流的原因。

2015年8月12日，陕西山阳烟家沟矿区滑坡造成65人遇难。滑坡是顺倾高陡斜坡岩体在岩溶渐变作用和地下采动爆破及采空区悬板张拉下软层离层演化成滑动面后出现的。滑动山体为碳酸盐岩。斜坡岩体西侧断面为垂直裂隙构成的张拉剪滑面，东侧岩层面为主滑面，光滑平坦，上陡下缓，二者构成“楔形”块体滑动(图5)。西侧张拉剪滑面起源于下部采空区的悬板作用使节理面逐渐被拉开，黄褐色断面显示新断裂岩石较少，岩溶渗水侵蚀强烈。采空作用造成上部山体应力重分布，岩体中的软弱层逐渐损伤成为应力能释放区。采空作用拉断山脊顶端。斜坡体内的软弱层面在坡脚出露形成主滑动面的剪出口。滑前山顶开裂变形明显，时常崩塌落石但未引起注意。滑前1个月累计降雨量65.5 mm，滑前4天无降水。

图5 陕西山阳烟家沟滑坡(2015.8.12)Fig.5 Yanjiagou landslide in Shanyang County, Shaanxi Province on Aug. 12, 2015

4 激发条件

激发条件是指对地质体施加的某种作用具有突变性，有可能引起地质体状态发生改变的外界因素。激发作用的实现一方面依赖于激发因素的特点、时机、强度、周期和持续时间等，另一方面与地质体边界条件与初始状态对外界激发作用的敏感性密切相关[5]。

台风暴雨会激发大面积的群发性坡面泥石流，持续降雨会激发形成孔隙水压力或滑动土体完全饱水液化为流态而奔流，大幅度的水库水位下降会引发顺层斜坡或松散堆积体失稳，而强烈地震可能会激发大型顺层滑移式山崩或滑坡。1989年7月10日，四川华蓥山溪口滑坡是强降雨引发的斜坡土体超饱水液化流动，滑坡运动路径陡而短，高位俯冲奔涌而下，与崩塌滑坡解体的碎屑流不同[9]。地震激发型崩塌滑坡的作用机理是强烈地震的反复张拉、快速剪切和瞬态抛射。2008年6月14日，日本宫城县Ms7.2级地震引发荒砥沢(Aratosawa)滑坡，滑坡体积67×106m3，但滑动面倾角只有2°，激发作用足够大就可以引起大规模平缓倾角滑动现象。

在2008年“5.12”汶川地震区，除地质结构和边界条件控制外，地震烈度分布与崩塌滑坡的数量和规模存在明显的相关性。大型崩塌滑坡一般分布在地震烈度X- XI度区域，尤其是顺向斜坡结构地带；中型者一般出现在地震烈度VIII- IX度区域；小型者一般出现在地震烈度VI- VII度区域[10]。大光包滑坡是在强震和特定地形地质结构条件作用下产生的“楔形体”失稳[11]。四川绵竹清平强震台记录到东西、南北和垂直3个方向地震加速度峰值(PGA)分别达0.623g、-0.824g和-0.808g。在强烈地震区，垂向地震加速度与水平向的大小差别不大，说明上抛作用是存在的。一个认识是，大规模崩塌滑坡的出现标志着相应的地震烈度达到IX度以上。

2014年8月3日，云南鲁甸Ms6.5级地震引发牛栏江右岸红石岩崩塌，形成堰塞湖。上游王家坡滑坡造成15人死亡失踪。王家坡滑坡实质上是地震激发作用下形成的高位滑移式岩体崩塌冲击下方斜坡形成滑坡。受堰塞湖水位上升浸泡影响，王家坡村民组所在斜坡体下沉滑移数十米。甘家寨滑坡是鲁甸地震激发作用下古滑坡堆积体后缘拉断，斜坡整体坐落下滑，在滑移过程中逐渐解体并形成三级台阶。滑坡前缘进入沙坝河，造成56人遇难(图6)。

图6 鲁甸地震引发甘家寨滑坡(2014.8.3)Fig.6 Ganjiazhai landslide induced by Ludian earthquake in Yunnan Province on Aug. 3, 2014

2016年9月28日，浙江遂昌县苏村崩塌滑坡灾害造成28人死亡。区域强降雨引发后山危岩滑移式崩塌，崩塌块石流挟高位势能冲击山下斜坡上的老崩塌堆积体，使之复活形成滑坡- 碎屑流，出现“零存整取”效应(图7)。

图7 浙江遂昌苏村崩塌- 滑坡- 碎屑流(2016.9.28)Fig.7 Sucun rockfall- landslide- debris in Suichang County, Zhejiang Province on Sep. 28, 2016

5 环境条件

崩塌滑坡本身并不一定直接造成大规模灾害，但其运动过程中由于环境因素加入而显著放大了灾害效应。山下存在水塘或冲入江河形成涌浪等环境条件会加剧灾害，或转化为山洪泥石流，造成远程运动危害。

2014年8月27日，贵州福泉市道坪镇英坪村山体滑坡造成23人遇难，22人受伤。滑坡前已发现滑坡险情，滑坡时撤离不及的5人丧生。滑坡下磷矿露采矿坑深约30 m，蓄积水量约5×104m3(图8)。滑坡猛烈冲击下方深水塘，导致矿坑积水形成“冲天”激流涌浪翻越山梁，携带泥土山石吞没山梁后的英坪村新湾组，又造成18人死亡(图9)。

图8 贵州福泉英坪村滑坡前景观Fig.8 Yingpingcun landscape before landslide in Fuquan County, Guizhou Province

图9 贵州福泉英坪村滑坡(2014.8.27)Fig.9 Yingpingcun landslide in Fuquan County, Guizhou Province on Aug. 27, 2014

2015年12月20日，深圳光明新区红坳弃土场滑坡，流塑态土体低速远程涌动造成77人遇难。工程弃土堆填于废弃的采石场(坑)内，采坑底部大量积水使堆填土体下部泥化，持续填方使隐伏地下水位上升到出山口或挡土坝高度即具备了“人造山体”整体沿液化面滑出的条件，“数月前堆积体地表已有开裂变形”就是宏观前兆。滑出土体路经水塘的“加水”作用，使工程弃土进一步湿化泥化甚至稀化，是实现平缓地形条件下远程奔涌和漫流平铺的原因[12]。当滑之时，监控录像显示整个滑动时间约持续11.5 min，粘滞塑流土体运动约1 100 m，现场目击者有时间逃离。滑坡的初始条件是工程弃土自身松散，采石场底部存在大量积水，下部松散的堆填土被水渗透软化泥化。山下存在的水塘与其说对滑坡推涌前进起了缓冲作用，不如说使滑坡土体进一步稀化，导致流程更远，漫流平铺覆盖面积更大(图10)。

图10 广东深圳红坳采石坑积水景观Fig.10 Hong’ao open- pit ponding landscape before landslide in Shenzhen City, Guangdong Province

2013年7月27日，云南永善县黄华镇黄坪村发生山体滑坡，滑坡体冲入金沙江激起涌浪，到达对岸冲击高度达15 m，造成四川省雷波县卡哈洛乡复建码头施工场地12人失踪，多部车辆损毁。滑坡主要由松散岩土体组成，滑面为强风化的基岩层面。滑坡是在降雨渗透和溪洛渡水库库水浸泡浮托作用下产生的。

6 成灾条件

自然，地质事件可以在地貌形态、成分结构、初始状态、外界激发条件和环境因素件等组合因素下形成致灾体，但不一定造成灾害。灾害的产生是致灾因素(体)或危险因素与承灾因素(体)或受害对象遭遇的结果，而风险评价是反映二者遭遇的可能性，包括地质环境演化、自然作用和人类活动三者遭遇的可能性。

2016年5月8日，福建泰宁县池潭水电工程工地泥石流造成36人死亡失踪、14人受伤，是施工住所选址不当与致灾体遭遇的一个案例(图11)。事前区域累计降雨量180 mm，3 h降雨量超过100 mm。降雨导致冲沟小型崩塌滑坡冲入沟内，增加物源，沟内洪水裹挟碎块石土形成泥石流顺沟而下。

图11 福建泰宁县池潭水电工地泥石流Fig.11 Chitan hydropower building site debris in Taining County, Fujian Province on May 8, 2016

地质灾害的成灾模式是多样化的，也常常出现所谓地质灾害链，即原生致灾体是崩塌滑坡，次生者是碎屑流灾害，衍生者是冲入河道形成的激流涌浪危害、堰塞湖淹没和溃决后的山洪泥石流。总结已有案例，可划分地质灾害的主要成灾模式。

(1)崩塌滑坡直接压覆，如2017年1月20日湖北南漳县城关镇岩墙(壁)直接倾倒，长江三峡链子崖危岩体前缘“劈条子”式开裂倾倒崩塌。

(2)滑坡整体运动而后解体，高速冲击破坏或推挤覆盖，如甘肃洒勒山黄土滑坡。

(3)碎屑流碰撞冲击，摧毁前方人居或工程设施，气浪吹袭折断沿途树木和掀翻建筑，如西藏易贡藏布滑坡- 碎屑流。崩塌滑坡- 碎屑流运动速度一般比泥石流运动速度大一个数量级，高速冲撞压覆运动路径上的人居建筑、田地或工程设施，强烈的气浪粉尘会吹折树木，掀翻房屋建筑，致灾范围大，毁灭性强[13]。美国加州某岩崩形成的冲击气浪推翻或折断了约1 000棵树，碎屑流像翻动的犁一样，将沿途树木、植被和土层铲刮殆尽[14]。

(4)滑坡入江涌浪激流打翻船只，造成伤亡，如湖北新滩滑坡冲入长江，涌浪沿长江峡谷逆流7 km在香溪支流打翻船只造成人员溺亡。

(5)滑坡堰塞湖淹没上游，如四川达州天台乡滑坡和汶川地震区唐家山滑坡等[9，15]。

(6)滑坡坝溃决洪水冲击下游，造成灾害，如1933年8月25日四川迭溪地震滑坡堵塞岷江，当年10月9日滑坡坝溃决酿成特大灾难[6]。

(7)崩塌或滑坡以巨大势能直接冲入水体，形成的高速激流勇浪向上翻坝或翻越陡坡形成“瀑布式”洪水倾泻而形成重大灾害，如意大利瓦伊昂水库滑坡涌浪翻坝[7]。

(8)液化土体沿斜坡奔涌而下形成灾害。广东深圳滑坡液化土体漫流涌动，是平缓地势下低速远程涌动形成灾害的案例[12]。

7 防灾减灾对策思考

科学防治地质灾害，既要克服愚昧的无知，也要克服博学的无知。从地质环境历史、现状和未来全面考虑问题，逐步建立地质灾害防治文化是正确的选择[16]。按照地质灾害“六因素风险识别法”，提出基本的防灾减灾对策思考。

(1)地质灾害调查区划不但要考虑地质灾害现状，应更多地关注地质环境可能的变化。地质灾害监测预警重点关注激发条件的作用。

(2)土地利用规划和地质环境开发要充分考虑地质环境的改变及可能的负面影响。改良或消除已有的地质灾害隐患，降低新建工程(边坡)的灾害风险，提升规划建设运营中防灾减灾知识、意识、制度和保障等方面的能力。

(3)地质灾害综合防治与地质环境合理利用相结合，地质灾害防治要逐步减少存量(已发现并记录在案者)；及时应对增量(新发现的，新发生的)，城镇化运动向山要地或进沟发展要评估地质安全与实际需要的合理性。

(4)搬迁避让选址要考虑地质环境的适宜性及可能的变化性。强调全过程的地质灾害风险管理，避免因风险认知的不足导致陷入险地而不觉。

(5)减灾效益评价要综合考量，包括减少人财物的损失、保障人财物的安全、改良生态环境、新增水土资源开发利用和推动减灾管理、法规建设、科学认知、技术水平与社区防灾减灾文化建设等。

致谢：贵州、云南、四川、湖北、福建、新疆、西藏、辽宁、陕西和广东深圳等地国土资源管理部门、调查监测单位提供了部分资料和工作便利，特此说明并致谢！

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责任编辑：张明霞

Research on the risk recognition of geological disasters

LIU Chuanzheng1，2

(1.ConsultativeCentreforGeo-HazardEmergency,MLR，Beijing100081,China； 2.ChinaInstituteforGeo-EnvironmentMonitoring,Beijing100081,China)

Based on years of scientific research and in situ “prototype measurement” of geological disasters, author proposed six factors and their variations with time for risk identification or early recognition of geological disasters. The factors include: topographic forms (a), components and structures (b), initial states (c), induced factors (d), environmental conditions (e) and harmful objects (f) with its time (t). This method can be termed as “risk identification by six factors”, representing asR=f(a，b，c，d，e，f；t). The variations of six factors determine the probability of encounters between geological hazards and human beings. To prove that, geological disasters induced by changing of typical factors over time were discussed. Compared with assessments over- focused on occurred hazard events, this dynamic thinking can provide a better understanding on time- dependent risk assessments and risk managements for disasters reduction.

geological disaster; risk identification; topographic forms; initial states; induced factors; environmental condition; catastrophic type

10.16030/j.cnki.issn.1000- 3665.2017.04.01

2017- 05- 02;

2017- 05- 09

国家级地质灾害应急防治(1211221481001)

刘传正(1961- )，男，博士，研究员，研究方向为灾害地质、工程地质与环境地质。E- mail: liucz@mail.cigem.gov.cn

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1000- 3665(2017)04- 0001- 07