高位滑坡特征与防治

王得双，梁收运，赵红亮

(兰州大学土木工程与力学学院地质工程系，兰州 730000)

1 引言

2017年6月24日6时左右，四川茂县叠溪镇新磨村发生山体高位滑坡-碎屑流，滑坡发生在海拔3 400 m以上，滑坡体最大落差约为1 600 m，平面滑动距离2 500～3 000 m，滑坡体体积约1 800×104m3，新磨村新村组几乎整个村组被掩埋，仅有一家三口幸免于难，灾害共造成10人遇难，73人失联，岷江上游主干支流松坪沟河道堵塞2 km，约1.6 km道路被掩埋。6月27日11时04分，山体垮塌现场滑坡体再次出现垮塌，塌方量约200～300 m3，由于救援人员的及时撤离，二次垮塌未造成人员伤亡。

茂县滑坡给国家和人民造成了严重的损失，纵观此次山体高位滑坡-碎屑流运动，有着滑坡-碎屑流的复杂的地质灾害链，并且造成了河流堵塞等次生地质灾害，所幸处理及时，次生地质灾害未带来较大的损失。高位滑坡由于滑坡体巨大、落差大，形成的碎屑流运动速度快，摧毁力度强，并常常形成高速-远程滑坡，给人们带来巨大的损失，而目前对于高位滑坡的研究尚不足，故加强对于高位滑坡的研究，有着极其重要的实际意义。

本文以已有高位滑坡灾害资料为依据，特别是那些带来巨大损失和影响的灾难性高位滑坡，从高位滑坡的形成条件、运动特征等方面进行研究，将形成条件、运动特征等与防灾减灾工作相结合，从而提出有效的防灾减灾措施建议，具有一定的实际意义和应用价值。

2 高位滑坡的定义

通过许多高位滑坡，以及高速-远程滑坡已有研究结果，不难发现目前对于高位滑坡并无一致、明确的定义。根据文献资料显示，较早的为陈自生(1992)关于高位滑坡运动形式转化的研究[1]，其指出：高位滑坡(崩塌性滑坡)，是指剪出口高于坡脚的滑坡；也有学者将高陡边坡上部(拔河数百米)或顶部的滑坡称之为高位滑坡[2]。而部分学者在研究中并不以剪出口与坡脚地面的相对位置为依据，即认为滑坡后缘与地面(或坡脚)的相对高差较大，即认为是高位滑坡，而忽略剪出口这一位置对于滑坡的重要性，如兰州九州区石峡口发生的两次滑坡[3-4]，特别是2009年九州石峡口小区西侧山体发生的滑坡，滑坡前后缘高差仅约60 m，剪出口高出小区地面达40 m，巨大的势能突然释放，摧毁了两个单元的居民住房及其他建筑，造成了重大生命和财产损失，并对周边居民生活及其交通造成严重影响。

滑坡是否会成为大型或高速滑坡，除了剪出口这一重要的因素外，滑坡体前后缘相对高差对其有较大影响，当滑坡体前后缘相对高差较大时，在有利的地形条件下，往往会成为高速-远程滑坡，如1983年甘肃东乡县发生的滑坡，其剪出口高程接近与地面高程，但前后缘相对高差达300 m，前缘临空条件好，灾害发生时，滑坡体前部是平移碎屑流运动，后部是旋转岩块滑流运动[5]，巨大的势能突然释放，造成了震惊国内外的灾害事件。

上述来看，高位滑坡是指剪出口高于坡脚地面，滑坡体重心和剪出口位置高、临空条件好，具有极大势能的滑坡。当地形条件有利，常常会形成高速-远程滑坡，并伴随有滑坡-碎屑流等的复杂地质灾害链，造成阻断河道、形成堰塞湖等次生地质灾害。因此，西藏易贡滑坡、云南昭通头寨沟滑坡、云南禄劝县烂泥沟滑坡、雅砻江唐古栋滑坡、云南元阳老金山滑坡等，均为典型的高位滑坡，如表1所示。

3 高位滑坡的形成条件

滑坡的形成，都是多因素综合作用的结果，总的来说，包括内外因素两个方面，内在因素有地层岩性、地质构造、地应力等，外在因素有地震、人类工程活动、降雨等因素。与一般滑坡相比而言，高位滑坡有着一定的特点，地形、地震、降雨、人类工程活动等对其有着重要而不同的影响特点。

表1 典型高位滑坡灾害事件

注：滑坡体高差指滑坡体后缘和剪出口之间的相对高差；剪出口与地面高差是指剪出口与河床或坡脚地面之间的相对高差。

(1) 地形

对于高位滑坡而言，不管是从滑坡的孕育还是发生后滑坡体运移堆积、造成的影响等来说，地形对于高位滑坡都有着极大的影响。陡峻或者其他有利的地形，滑坡前后缘高差较大，拥有更大的势能，更容易孕育高位滑坡。如摩岗岭滑坡[15]，摩岗岭山脊在滑坡形成地带变得单薄陡峻，坡体上部聚集了很高的势能，为地震高位滑坡提供了有利的地形和位能条件。此外，在一些地震引发的高位滑坡中，地形对其有着更明显的影响，在高位斜坡地震突出部位，地震动峰值加速度相对于背景值会放大2～3倍[16-18]，并且高位边坡坡顶或山嘴部位在河谷下切过程中由于应力重分布，导致高位边坡坡顶拉应力集中，卸荷裂隙发育且连通率高，岩体在地震强大惯性力作用下易被抛出[2,19-20]，抛出距离随水平放大系数的变大而变大，水平地震加速度为4～5 g时在空中抛射距离就可达500～1 000 m。

樊晓一等[21]对汶川地震诱发的滑坡选取坡脚型和偏转型滑坡进行研究，依据其资料来看，绝大部分均为高位滑坡，其研究显示，滑坡体积对最大垂直距离的作用指数很小，坡脚型滑坡的坡度对运动距离的影响指数都较为显著，偏转型滑坡偏转角度对滑坡偏转后的水平运动距离影响较为显著。这同样说明了地形对高位滑坡显著的影响。

无论是地震或是其他原因诱发的滑坡，从已有研究来看，地形都是高位滑坡最重要的条件之一。同时，滑坡体的运动、堆积等特征，也与地形表现出很大的关系。因此，将具体的防灾措施与高位滑坡的特点相结合，有着重要的实际意义。

(2) 地震

地震对于孕育高位滑坡有着重要的作用，其对边坡结构、稳定性等有着重要的影响，强震过后，存在地质灾害的“后效应”现象。研究显示[22]，汶川地震灾区的地质灾害将持续20～25 a，才可逐渐恢复到震前的水平。对于茂县叠溪镇新磨村突发的山体高位滑坡，1933年发生的叠溪地震和2008年发生的汶川地震对其都有着不可小觑的影响，给岩体带来极大的损伤。此外，地震可以在有利的地形条件下，将高位斜坡地震突出部位通过水平抛射、气垫效应等作用使滑坡滑体在空中飞行一定的距离，沿斜坡方向迅速下降，形成高位滑坡[13]。因此说，地震不仅仅可以直接诱发高位滑坡，而且在一定程度上孕育了许多存在潜在危险的不稳定边坡，并且前面已涉及到，地震对高位边坡的影响更加明显。所以说，地震对于高位滑坡的形成有着重要的作用。

(3) 降雨

地震和降雨是高位滑坡(特别是那些灾难性滑坡)最重要的诱发因素。茂县山体高位滑坡，降雨就是滑坡发生的主要原因之一，同样2010年发生的四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流[14]，降雨也是其主要诱发因素。一方面，降雨会增加斜坡体的自重，使得不稳定斜坡体拥有更大的势能；另一方面，降雨会随着边坡的裂缝等入渗，降低岩层间摩擦阻力，打破原有静止状态，使斜坡体的抗滑能力明显减弱，或者是多次降雨积累因素，反复冲击岩层原有结构，达到某个临界点后，就会启动滑坡、泥石流等灾害。当地震对边坡结构造成一定影响时，降雨与其作用叠加，便很大程度上增加了发生高位滑坡的可能性。

(4) 人类工程活动

人类工程活动对地质灾害有着不同程度的影响，就兰州市而言，由人类工程活动所引发的地质灾害造成人员伤亡和财产损失占到致灾总数的90%以上[23]，人类工程活动对一般滑坡的发生有着重要的影响，并有着越来越大的趋势。但高位滑坡与一般的滑坡有所不同，根据对历史典型的高位滑坡研究发现，由人类工程活动影响对于高位滑坡的发生有重要影响的案例较少，较为典型的为2013年发生的云南镇雄中屯镇头屯村大型高位滑坡[24]，煤矿采空区垮落和沉陷牵引是崩塌滑坡的主要诱发因素；四川丹巴县城滑坡[25]，由于丹巴县城市建设，对其坡脚开挖，使前缘形成了高陡临空面，改变了其原有的应力状态，从而成为影响丹巴滑坡稳定性重要因素之一。人类工程活动对于高位滑坡的影响相对有限，但依旧不得不考虑人类工程活动使得滑坡的稳定性进一步恶化的可能。

4 高位滑坡的运动特征

4.1 滑坡形态

高位滑坡发生后，如果受到地形限制，在坡脚堆积，则形成短程滑坡，反之，则会形成远程滑坡，通常认为，当滑坡重心运动的最大垂直距离与水平距离的比值小于0.6时，即为远程滑坡[26]，而高位滑坡由于其势能较高，剪出口临空条件较好，往往形成高速-远程滑坡，并伴随碎屑流运动。Nicoletti P G等[27]对全球范围内40多个高速远程滑坡-碎屑流进行了研究，将碎屑流运动流通的地形分为狭长型(低耗能型)、开阔性(中耗能型)、T字型(高耗能型)(图1)，滑坡在这3种地形的位移依次减小。

张明等[28]对高速远程滑坡-碎屑流运动特征、研究发展现状、运动机理等做了一定总结，目前主要模型有空气润滑模型、颗粒流模型、能量传递模型、底部超孔隙水压力模型等。黄润秋、许强等[10]结合一些具体的滑坡实例，指出砂土液化、气垫效应、碎屑流动等均为滑坡高速远滑的原因，特别是碎屑流动过程中，碰撞过程引起动量传递，使得碎屑流滑坡中出现“超距”与“失距”共存的特点。

图1 滑坡形态类型[27]

4.2 滑坡分区

比较典型的高位滑坡均有一定的分区现象，诸如西藏易贡滑坡、云南禄劝县烂泥沟滑坡等，均表现出明显的分区，并有着不同的特征，但总的来看，可以将滑坡分为滑源区、滑流区、堆积区等3个区[14,29-30]。若滑坡的运动受地形或其他因素限制，部分区域将出现一定的重叠，如一些区域既可是滑流区，也是堆积区，将不出现典型的三段式运动特征。

(1) 滑源区

滑坡体剪出口到滑坡体后缘之间的部分为滑源区，一些大型的高位滑坡，剪出口会明显高于坡脚地面10 m至数百米，甚至上千米。因此，滑坡体具有巨大的势能及位能，当滑坡失稳后，势能、位能在短时间内释放，形成灾害，造成巨大损失。高位滑坡的发生，往往伴随有崩塌现象的发生，发生过程中常有岩体脱离母岩以类似于斜抛的形式向下运动，这些过程都主要发生于滑源区，高位滑坡的滑源区，往往也是主要的物源区，滑源区表层一般有第四系或者其他松散堆积物，为滑坡提供主要的物源。

(2) 滑流区

滑坡体的剪出口到滑坡体堆积物后缘之间的部分为滑流区，该区表层一般有第四系或者其他松散堆积物，滑坡体失稳从滑源区向下滑动，沿途铲刮并携卷松散体，使得滑坡体体积逐渐增大，沿地形迅速下滑，同时毁坏沿途植被、建筑等。由于滑坡体具有较大的势能，下滑的过程中沿途铲刮松散体，因此在滑流区两侧的侧壁上会形成清晰可见的擦痕，其中上部的擦痕倾角较大，向下逐渐变缓。需要指出的是，滑坡体物质在该区的运动明显受到地形的影响，其运动可能会受坡体的阻挡而发生偏转，运动方向可能会随地形发生较大的变化，如汶川映秀牛圈沟高位滑坡-碎屑流在运动过程中共4次撞击斜坡，并转向[31]。滑坡体物质由于物源为松散物，或者在运动过程中受碰撞等作用变为碎屑，表现为碎屑流运动。

(3) 堆积区

滑源区滑坡体物质以及滑流区铲刮携卷的物质，于坡脚地面平缓处，或者受地形限制而停止运动最终堆积，此部分区域即为堆积区，堆积区常见扇形堆积。坡脚地势平缓地区往往为河道，由于高位滑坡具有巨大的势能，借助惯性作用，滑坡体常会越过河道、冲向对岸，甚至爬高数米至数十米，部分滑坡体物质可能会在爬高后落回河道，最终使得沟底抬高，造成不同程度的次生地质灾害，或阻断河流、堵塞河道，或形成滑坡坝、堰塞湖。由于滑坡体物质的组成，地形影响等，滑坡体的堆积区也常呈现出不同的堆积特征，如都江堰庙坝地震高位滑坡[29]，堆积物沿主滑方向具有从后向前减小的趋势，中后部以滑源区的块石堆积为主，越向前斜坡表层残坡积土含量越大。此外，特别是一些大型、特大型远程的高位滑坡，堆积物还会呈现出滑坡碎屑流的特征[30]。

4.3 滑坡体运动速度

(1) 运动速度特征

高位滑坡由于剪出口高于坡脚地面，滑坡体重心和剪出口高，临空条件好，滑动势能大，一旦坡体失稳，势能迅速被释放，导致滑坡体的滑动速度快，往往会形成高速滑坡。首先，滑坡体启动阶段，由于势能的释放，滑坡体前缘临空，几乎不受抗滑力，滑坡体的运动速度一般会迅速增大，这一部分主要为滑源区；之后在滑流区，滑坡体物质会沿途毁坏植被、建筑等，同时铲刮沿途表层松散堆积物，使得滑坡体物质体积逐渐增大，碰撞、铲刮等作用使得动能逐渐减小，加之受地形、建筑等的阻挡作用，滑坡体的运动速度逐渐减小，在此阶段，滑坡体运动速度可能会随地形等影响发生一定的波动变化，但相对而言变化较小；最终，滑坡体物质由势能转化成的动能逐渐消减至零，或受地形限制，运动速度逐渐减为零，形成堆积区，若为堆积区前缘受到明显的地形限制而停止运动，其速度随水平运动距离而减小的速率明显较大，若堆积区前缘未受到明显阻挡，则速率较小，整体来说，滑坡体运动速度在滑源区增大的速率，比堆积区减小的速率要大，如图2。

V表示滑坡体运动速度；L表示滑坡体运动的水平距离图2 运动速度示意图

(2) 运动速度的预测

国内外对于滑坡运动速度的预测和计算有着许多方法，主要有以能量法、谢德格尔法和科内尔法为代表的理论计算法，滑坡特征参数推算法，间接测定法等[32]，从参数获得的难易程度等方面综合考虑，目前较为常见的是谢德格尔法提出的估算公式：

(1)

式中,v为估算点处滑体速度；H为滑体质心下降距离；L为滑面长度；fe为等价摩擦系数。

等价摩擦系数的计算在具体的运动速度计算中也表现出一定的差异，谢德格尔对滑坡的调查资料研究后，发现滑坡的体积和等价摩擦系数在对数坐标上呈直线关系[33,34]，两者的经验公式为：

lgfe=algV+b

(2)

式中,V为滑坡体体积；a=-0.156 66；b=0.622 19。

5 高位滑坡的防治

由于高位滑坡有着巨大的势能、位能，并且发生时常常表现为高速滑坡，相比与一般滑坡而言，有着不同的特点，因此其防灾减灾措施也应当有所不同，如普通的抗滑桩、挡土墙之类的一般措施对其无法起到理想的作用，甚至无任何作用。对高位滑坡的形成条件、运动特征以及灾害造成的影响等综合考虑来看，高位滑坡的防治可以从充分利用地形优势来进行防治、加强群众意识、重视勘察监测主动防治等三方面来考虑。

(1) 充分利用地形优势进行防灾减灾

高位滑坡常会随地形而转化为碎屑流运动，沿途携带松散堆积物，对下游造成重要的影响，而碎屑流运动很大程度的受地形影响，防灾减灾工作可以充分利用这一特点，在适当的地方修筑挡墙，对运动物质进行适当的排导、引流，从而避过一些人口集中的地方，或者重要的建筑物。另一方面，从建筑物的选址等方面考虑，选择受滑坡影响较小甚至无影响的区域进行生产生活，对于减小滑坡造成的危害有着重要的作用，如1965年发生的云南禄劝县烂泥沟滑坡[7]，由于上普福村处于滑坡滑流区边缘而幸免于难。

高位滑坡的形成条件、运动特征、堆积特征等，都与地形均有着极大的联系，均明显受地形的限制或影响。因此高位滑坡的防治措施应全面、重点考虑地形的因素，充分利用高位滑坡的特点，地形的优势，应用自然的力量来防治自然灾害，进行高效、经济的防治，这样可以起到事半功倍的作用。

(2) 加强群众意识

任何一个滑坡的发生都是多方面因素综合作用的结果，高位滑坡作为一类特殊的滑坡，地震和降雨虽为其主要的诱发因素，但依然存在人类工程活动对其造成一定影响情况。如武隆鸡尾山滑坡[39]、元阳老金山滑坡[40]等的发生，与人类的采矿活动均有一定的关系。滑坡灾害虽然不易预测，但人们可以进行主动防治或避让，如1965年发生的云南禄劝县烂泥沟滑坡，曾造成444人死亡的灾难，但在1991年又发生的滑坡依然造成10人死亡的严重损失。可以看出，滑坡的安全知识宣传教育严重不足，群众关于滑坡的防范意识明显不足。此外，建筑物的选址等方面来看，这是主动防治自然灾害的重要措施，也是群众主动防治自然灾害的意识的重要体现之一。因此，加强人民群众对于高位滑坡的认知，对于高位滑坡的高效防治有着重要的作用。

(3) 重视勘察、监测、主动防治

高位滑坡可能会因为海拔或高程较高，勘察、监测等措施实施有一定难度，或者难以有效的实施监测措施，但正由于此原因，高位滑坡拥有巨大的势能和位能，造成的影响比一般滑坡更大，往往是毁灭性的灾难。许多滑坡发生之前，特别是一些大、中型滑坡的发生，大多伴有滑前宏观征兆和某些特殊异常的现象[41,42]，如地标变形、地物标志的移动、地下水变化，动物行为异常等，只要能成功捕捉到前兆，就能极大程度的减少人员伤亡。此外，随着科技的进步，无人机等技术日益成熟，这都可被应用于监测等方面。因此说，高位滑坡的监测不能因为工作难度大就知难而退，应充分利用先进技术，加大对于高位滑坡的监测，进行主动监测、主动防治。

6 结论

高位滑坡是指剪出口高于坡脚地面，滑坡体重心和剪出口位置高、临空条件好、具有极大势能的滑坡，在有利地形条件下，常常会形成高速-远程滑坡，并伴随有滑坡-碎屑流等复杂地质灾害链，造成阻断河道、形成堰塞湖等的次生地质灾害。

地形、地震、降雨、人类工程活动对高位滑坡有着重要的影响。并且，一般可以将高位滑坡的滑坡形态分为狭长型(低耗能型)、开阔性(中耗能型)、T字型(高耗能型)，高位滑坡-碎屑流运动在这3种地形中的位移依次减小。此外，高位滑坡滑坡体在运动中表现出明显的分区现象，主要可以分为：滑源区、滑流区、堆积区，各区表现出不同的特点。滑坡体在运动过程中运动速度表现前期快速增大、中期变化较小、后期逐渐减小，与上述3个分区分别对应。

对于高位滑坡，不管是从利用地形的优势来防治、降低灾害带来影响等方面考虑，还是从建筑物的选址方面等考虑，充分考虑地形的因素，对于降低高位滑坡防治的难度、降低高位滑坡的影响等都有着重要的作用。此外，加强群众意识，重视勘察、监测等工作，对于高位滑坡的防治也有着重要的作用。

目前关于高位滑坡的研究尚不足，由于高位滑坡往往形成高速-远程滑坡，部分高位滑坡的研究都是借鉴高速-远程滑坡的研究，而事实上高位滑坡有其独自的特点，并且高位滑坡的研究多处于定性的角度，定量化研究程度较低，将高位滑坡的特点与实际防灾减灾工作具体联系到一起的相关研究较少。关于高位滑坡的防治等，还需进一步深入的、定量化的研究。