2000年易贡乡扎木弄沟滑坡型泥石流主控因素分析

李俊 陈宁生 刘美 张勇 向龙 高云建

摘要：為进一步查明2000年4月9日扎木弄沟滑坡型泥石流的成因，有必要分析内外动力条件对该次滑坡型泥石流的影响。基于1950-2000年的地震活动和气温资料，以及2000年3月-4月的降雨资料，分析地震活动、冻融循环和干湿循环与2000年滑坡型泥石流的时空耦合关系。结合花岗岩岩体结构特征，分析内外动力条件对2000年滑坡型泥石流的影响机制。研究结果包括两方面内容：（1）极端的冻融循环、干湿循环和地震活动是2000年滑坡型泥石流的主控因素，其中灾前Ms4.8的地震是2000年滑坡型泥石流形成的直接诱发因素。（2）长期的地震活动、冻融循环和干湿循环增加了向南倾的流域源头花岗岩岩体的脆弱性，也增加了流域源头岩体地表裂隙，受后续降水和冰雪融水渗流的影响，流域源头岩体饱水强度衰竭，在4.8级地震诱发作用下，BH01崩滑体发生崩滑，2000年滑坡型泥石流发生。

关键词：滑坡型泥石流;内外动力条件;岩体结构特征;耦合关系

中图分类号：P642文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：李俊

Analysis of main factors for landslide-triggered debris flow in Zhamunong gully on April 9th，2000

LI Jun.1，CHEN Ningsheng.2，LIU Mei2，3，ZHANG Yong2，3，XIANG Long.4，GAO Yunjian2，3

（1.School of Civil Engineering，Sichuan University of Science & Engineering，Zigong 643000，China;2.Key Laboratory of Mountain Hazards and Land Surface Process，Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources，Chengdu 610041，China;3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China;4.State Key Laboratory of Geological Hazards Prevention and Geological Environment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Abstract：The landslide-triggered debris flow that occurred on April 9th，2000 （2000 LTDF） in Zhamunong gully had a volume of 3×10.8m.3.We studied the effects of internal and external dynamic conditions on the cause of the 2000 LTDF.Based on the earthquake data and temperature data from 1995 to 2000 and rainfall data from March to April 2000，we analyzed the spatio-temporal coupling relationship of the 2000 LTDF with seismicity，freeze-thaw cycle，and dry-wet cycle.Based on the structural characteristics of granite rock，we analyzed the mechanism of internal and external dynamic conditions on the cause of the 2000 LTDF.The results included two aspects.Firstly，the main factors of the 2000 LTDF were long-term freeze-thaw cycle，dry-wet cycle，and seismicity.Earthquake of Ms 4.8 was the direct inducing factor of the 2000 LTDF.Secondly，the long-term effect of seismicity，freeze-thaw cycle，and dry-wet cycle increased the vulnerability as well as the surface fracture of BH01 granite rock mass.Due to the influence of the subsequent seepage of rain and melt water，the strength of granite rock mass was exhausted.Under the effect of the Ms 4.8 earthquake，the BH01 landslide occurred in 2000 and triggered the debris flow.

Key words：landslide-triggered debris flow;internal and external dynamic conditions;feature of rock mass structure;coupling relationship

2000年4月9日20点，规模巨大的滑坡型泥石流发生于扎木弄沟（图1和图2）[1-5]。约0.91亿m.3的花岗岩岩体从沟道源头海拔高程为5 320 m的山顶处崩滑，受强降雨和深“V”型沟谷的影响，大方量的崩滑岩体和崩滑体坡脚处的600万m.3沉积物质混合运动一段距离后转化为高速运动的泥石流，泥石流将松散固体物质快速搬运至沟口，堵塞易贡藏布河道并形成堆积方量约3亿m.3的天然坝体，该坝体使易贡湖再次成为堰塞湖[6-8]。

目前很多学者揭示2000年滑坡型泥石流的形成是内外动力条件相叠加的结果，认为该次滑坡型泥石流的主控因素为强降雨和冻融循环，而不包含地震[9-10]。尚彦军等[11]较为系统地总结气象和地质构造等内外动力条件对2000年滑坡型泥石流的影响程度，认为冰雪消融和降雨是此次泥石流形成的主要因素。在2000年4月易贡区域气温普遍升高和极端降雨增加的影响下，周佳文等[12]认为扎木弄沟源头的冰川急剧消融引发的强风化的花岗岩破裂面孔隙水压力的增加和有效应力的减少是形成大面积岩崩的主要原因。刘伟和刘国权[13-15]则认为易贡滑坡型泥石流发生原因是降水和冰川融化。据卫星影像分析结果，吕杰堂等[16]得出该次滑坡型泥石流的形成是地质构造、地层岩性、新构造运动、水文和气象因素共同作用的结果。

实际上，1950年至2000年4月9日以来影响易贡区域的地震可达101次，以中小级地震居多，4.3级至6级地震次数为71次，2次8级以上地震（1950年察隅8.6级地震和1951年那曲当雄8.0级地震）[17-18]，长期的中小地震对2000年滑坡型泥石流的影响有待进一步分析，而且该次滑坡型泥石流发生前易贡乡附近发生Ms4.8的地震[19]，震中距滑坡型泥石流发生位置的距离仅为13 km，该次地震对2000年滑坡型泥石流的影响也有待于进一步研究。

为进一步认识内外动力条件对2000年滑坡型泥石流的影响程度，本文基于灾前长时间的易贡区域地震加速度、气温和降雨资料，定量分析中小地震活动和冻融循环和干湿循环与2000年滑坡型泥石流的时空耦合关系，并结合易贡区域花岗岩节理统计资料，论述内外动力条件对2000年滑坡型泥石流形成的影响机制。

1内外动力条件与2000年滑坡型泥石流的耦合关系

据下列分析结果，地震活动和冻融循环和干湿循环与2000年滑坡型泥石流的整个过程具有时空上的耦合关系。

1.1地震活动与2000年滑坡型泥石流的耦合关系

2000年滑坡型泥石流发生时，区域内有Ms4.8级地震发生。研究表明中小地震也会引发滑坡型泥石流的发生，世界范围内统计资料显示4.3级的地震就有可能触发滑坡的发生[20]。基于中国地震与加速度关系的经验模型[21]，估算地震对滑坡型泥石流发育作用的地震加速度值，评估其对2000年滑坡型泥石流的影响。

2000年4月9日晚上8点0分9秒，距扎木弄沟约13 km的林芝地区发生Ms4.8级的地震。根据表1提供的适合计算中国西部地区的地震加速度模型，模算了地震对扎木弄沟流域源头BH01崩滑体作用的地震加速度值，其值为43.3 gal（图3），相当于5.5度的地震烈度，此后的8点0分11.95秒开始发生了特大的崩滑。据调访，2000年滑坡型泥石流灾害于4月9日晚上8时5分发生，所以地震的作用与滑坡型泥石流的整个过程具有时空上的耦合关系。

1.2凍融循环与2000年滑坡型泥石流的耦合关系

寒冻风化带主要分布为海拔高程为4 500～5 200 m的山体，该段山体花岗岩裸露，2000年滑坡型泥石流发生前这些花岗岩岩体长期遭受强烈冻融循环破坏作用。波密地区的温度测量基准点为N29°51.5′-E94°46.1′，海拔高程2 731 m，根据波密气象站的气温数据，估算扎木弄沟海拔高程3 700 m以上的气温，结果见图4。从图4可以看出，季节性最大温差为25 ℃，灾害发生前最大温差为15 ℃，这说明扎木弄沟所受的季节性冻融作用非常强烈。

据图4，扎木弄沟气温呈阶段性变化。12月-1月为低温分布时段，6月-7月为高温分布时段。由于易贡降水丰富，年降水量在1 200 mm左右，冬季气温低于0 ℃，岩石大部分处于冻结状态，当温度高于0 ℃时岩石开始解冻，如此变化形成了季节性冻融循环作用。而2000年3月10日到4月11日[HJ1.9mm]小时气温监测结果表明，一天中气温的变化较大，表现出冻融循环。但季节性冻融循环作用要强于日冻融循环。

1.3干湿循环与2000年滑坡型泥石流的耦合关系

2000年4月9日滑坡型泥石流发生前2个月内，扎木弄沟经历了一个以中旱和中小雨为背景的小量级的干湿循环过程。干旱等级由基于降水量的标准化降水指标值（简称SPI）来划分（表2）[22-24]。图2显示了自1990年至2004年各月的扎木弄沟SPI值。从长时间尺度看，1990年至2000年4月9日干湿循环时常发生。从短时间尺度看，2000年4月9日扎木弄沟特大滑坡型泥石流发生前，3月份降水较少，SPI值为-1.41，为中旱。结果显示，2000年3月份降水为62.6 mm，明显低于多年平均降水量87.3 mm。在旱后的4月1日-8日共8天内前期降水量高达42.9 mm，占多年平均降水量的49%，而且4月9日晚上8点到10日早上8点波密站累计降水量为11.3 mm，占多年平均降水量的13%，这说明扎木弄沟在灾害发生前经历了较强的降水过程。

2内外动力条件对2000年滑坡型泥石流形成的影响机制

长期的中小地震和冻融循环和干湿循环增加向南倾的流域源头花岗岩岩体的脆弱性，增加了流域源头岩体地表裂隙，受后续降水和冰雪融水的影响，流域源头岩体饱水强度衰竭，在Ms4.8级的地震的诱发作用下，BH01崩滑体发生崩滑，2000年滑坡型泥石流发生。

2.1花岗岩岩体结构特征

BH01崩滑区位于扎木弄沟流域源头，基岩裸露，其岩性主要为花岗岩（图5）。根据地形和楔形体的位置，确定BH01崩滑区的海拔高程在4 500 m到5 320 m之间，在灾害发生前，BH01崩滑区为扎木弄沟源头的主峰之一，该崩滑区常年被冰雪覆盖。由现场观测和卫星图像显示，崩滑体整体呈楔形体。BH01崩滑体在滑动后底面形态为V型深谷，并且两侧陡峭，滑面平直光滑，两侧谷坡坡度介于40°到50°之间，谷底较为平缓，平均坡度为25°，倾向为南西向。BH01崩滑体后缘呈近90°的陡崖。BH01崩滑体两侧发育大量的与侧壁近平行的北东向裂隙，裂隙的贯通性良好。

由于测量扎木弄沟流域源头的花岗岩节理存在较大的危险性，所以选取距扎木弄沟最近的贡德花岗岩开展区域节理调查，调查位置的经纬度为N30°17′48.71″，E94°43′18.65″，调查点距扎木弄沟沟口的距离为25 km。据现场观测，崩滑区基岩裸露，岩性主要为花岗岩，节理裂隙的发育控制着崩滑体的边界与规模，崩滑体形成过程中，由于受到区域性构造的影响，BH01崩滑体花岗岩节理裂隙非常发育，大型节理有三组（图6（a））：节理1产状为203∠34°，节理2产状为94∠57°，节理3产状为211∠86°，节理面倾角大。节理的分割作用使得岩体非常破碎，特别地是，节理3控制着BH01崩滑体后缘陡倾拉裂缝的发育，节理1控制着BH01崩滑体滑动面的发育（图6（b））。根据调访，扎木弄沟在4月8日水质明显变黑，[HJ1.9mm]水量明显减少。扎木弄沟水的颜色和流量变化表明BH01崩滑体主滑动面和后缘陡倾裂隙已经基本贯通，雨水和冰雪融水已经完全渗透到BH01崩滑体主滑动面，并且岩体已经处于饱水工况。

2.2内外动力条件对2000年滑坡型泥石流形成的影响

在易贡区域地震，气温变化和持续降雨等条件的共同作用下，BH01崩滑体的后缘陡倾裂隙快速发展，崩滑体沿着软弱结构面或者裂隙面发生持续的蠕滑变形，并形成中部的“锁固段”。当BH01崩滑体后缘拉裂段深度Hcr大于363 m或者岩体的锁固段长度L小于455 m时，崩滑体中部锁固段发生突然性的脆性破坏，崩滑体发生崩滑。

2.2.1崩滑体后缘拉裂深度和锁骨段长度

易贡滑坡的形成关键是BH01崩滑体沿软弱面滑动而产生崩滑。根据规范（滑坡防治工程设计与施工技术规范DZ 0240-2004），对于后缘有陡倾裂隙的BH01崩滑体稳定性的计算公式见式（1）。式（2）至式（5）为式（1）中各种力的详细计算公式。式（6）为崩滑体后缘裂隙深度计算公式。

式中：F为崩滑体稳定系数，崩滑体已经趋于临界稳定状态，取值为1;FK为抗滑力（kN/m）;FS为滑动力（kN/m）;c为崩滑体滑动面岩体黏聚力（kPa）;φ为崩塌体滑动面岩体内摩擦角（°）;L为锁固段长度（m），即崩滑体裂隙面未贯通的长度;V为裂隙水压力（kN/m）;U为沿滑面扬压力（kN/m）;Q为地震力（kN/m）;ζ为地震水平系数;α为滑动面的倾角。W为崩滑体自重（kN/m）;ρ为花岗岩密度（kg/m.3）;v为崩滑体体积（m.3）;g为重力加速度（m/s.2），h为后缘裂隙深度（m）;hw为后缘裂隙充水高度（m），天然时取0.2 h，暴雨时取（0.3～0.5）h，据降雨资料，BH01崩滑前有大雨，所以hw[WTBX]取0.5 h。Hc[KG*9]r为崩滑体后缘裂隙深度（m）。H為崩滑体前缘到裂隙后缘边坡的坡体高度（m）。BH01崩滑体稳定性计算参数取值见表3。

由于现场没有条件取到BH01崩滑体结构面的花岗岩样品，故花岗岩岩体力学参数的选择应考虑裂隙的贯通程度、裂隙的填充程度及裂隙的发育情况，并根据《建筑边坡工程技术规范》（DB 50/330-2002）的岩体力学参数折减要求进行折减。扎木弄沟沟道源头的岩体较为破碎，故BH01崩滑体岩体的内摩擦角折减系数取0.8，折减后崩塌体滑动面的内摩擦角为46.616°。当崩滑体后缘的拉裂段岩体开裂到363 m时，并且前缘的锁固段贯通，此时崩滑体达到极限平衡状态。根据式（1），当锁固段长度L为455 m时，崩滑体处于临界稳定状态。当崩滑体后缘前缘进一步开裂，岩体的锁固段长度L小于455 m或者后缘拉裂段深度r大于363 m时（表4），BH01崩滑体发生崩滑。

2.2.1内外动力条件对2000年滑坡型泥石流的影响机制

扎木弄沟岩体结构特征是2000年滑坡型泥石流形成的基础。扎木弄沟流域源头花岗岩普遍发育3组节理，其中倾向210度的南倾节理，与扎木弄沟流域源头坡向一致，为降水和冰雪融水提供了地下渗流的通道（图6）。在中小地震活动和冻融循环和干湿循环的作用下，扎木弄沟流域源头的花岗岩岩体长期遭受破坏。一方面，长期的中小地震活动使岩体更加破碎。另一方面地震与干旱产生大量的震（干）裂岩土体，在降水和冰雪融水作用下，岩体内部的土粒容易产生湿陷收缩的现象，降雨过程中，土粒不断吸水膨胀，岩体内部孔隙不断变小，这导致孔隙水压力急剧增大，岩体强度急剧衰减。

2000年3月，易贡区域降水较少，SPI值达-1.41，属于中旱。灾害发生前8天开始降雨，累计降水量为42.9 mm。灾害当天发生强降雨过程，4月9日晚上8点至10日早上8点波密站累计降水量为11.3 mm。BH01崩滑体失稳过程于4月9日晚上8时5分发生。所以在冻融循环、干湿循环和中小地震的联合作用下，扎木弄沟流域源头顶部的破碎岩体饱水强度衰竭，而在4月9日晚上8点9.2秒时，扎木弄沟附近13 km处发生4.8级地震，流域获得的地震加速度达43.3 gal。由于BH01崩滑体位于流域山巅处，地震对分水岭岩体具有地形放大效应，在灾前Ms4.8级地震的诱发作用下，当后缘拉裂段深度Hc[KG*9]r大于363 m或者岩体的锁固段长度L小于455 m时，BH01崩滑体中部锁固段发生突然性的脆性破坏，崩滑体发生崩滑（图6）。

3结论

（1）  2000年滑坡型泥石流的主控因素是极端的冻融循环、干湿循环和地震活动，其中2000年滑坡型泥石流形成的直接诱发因素有可能是灾前的Ms4.8地震。地震活动、冻融循环和干湿循环与2000年滑坡型泥石流的整个过程具有时空上的耦合关系。扎木弄沟长期强烈的冻融循环使得流域源头的花岗岩岩体强度降低，裂隙增多，孔隙增大。2000年3月至4月9日扎木弄沟经历一个以中旱和中小雨为背景的小量级的干湿循环过程，此时受冻融循环和干湿循环作用破裂的BH01崩滑体处于饱水工况。BH01崩滑体失稳过程于4月9日晚上8时零分11.95秒发生，而在4月9日晚上8点整9.2秒，距扎木弄沟约13 km，发生4.8级地震，流域顶部岩土体获得的地震加速度达43.3 gal。由于BH01崩滑体位于流域山巅处，地震对分水岭岩体具有地形放大效应，在灾前Ms4.8级的地震作用下，BH01崩滑体发生崩滑现象。

（2）  长期的地震活动、冻融循环和干湿循环增加向南倾的流域源头花岗岩岩体的脆弱性，也增加流域源头岩体地表裂隙，受后续降水和冰雪融水渗流的影响，流域源头岩体饱水强度衰竭，在4.8级地震诱发作用下，BH01崩滑体发生崩滑，2000年滑坡型泥石流发生。

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