川藏铁路卡子拉山滑坡发育特征与防灾减灾对策

铁永波 ，徐 伟 ，梁京涛 ，蒙明辉 ，李 富 ，赵 聪

（1.中国地质调查局成都地质调查中心，四川 成都 610081；2.四川省地质调查院，四川 成都610081；3.四川省华地建设工程有限责任公司，四川 成都 610081）

川藏铁路沿线地球内外动力作用强烈，地震频发，地形陡峻，为地质灾害发育提供了极为有利的条件[1-3]。根据四川省和西藏自治区自然资源厅开展的1∶5万县市地质灾害详细调查资料，截至2020年6月30日，共在川藏铁路雅安—林芝段两侧50 km范围内排查出地质灾害4 083处：崩塌780处、滑坡（含不稳定斜坡）1 846处、泥石流1 457处，其中大型崩塌35处、大型滑坡（含不稳定斜坡）93处、大型泥石流90处。但受调查精度的影响，川藏铁路沿线仍存在许多在规划设计阶段未被有效识别的潜在地质灾害，给铁路施工建设及运营期间的安全带来一定风险。因此，采用新技术方法开展铁路沿线地质灾研究意义重大[4-7]。

随着航天技术的发展，光学遥感、机载LiDAR等高精度遥感手段在地质灾害早期识别中得到了广泛应用，特别是在川藏铁路沿线高寒高海拔无人区的高位地质灾害早期识别与调查中发挥了较大作用，给传统以地面调查和勘查为主的地质灾害研究注入了新的活力[2-9]。大量实践证明，在具有地质条件复杂、地形起伏较大、高原山地气候多变等特点的川藏铁路沿线，地质灾害的成因往往较为复杂，且孕灾区域多位于高陡山体上部，具有极大的隐蔽性，常规的遥感技术难以对其进行有效识别。因此，需要结合区域地质条件，融入“空-天-地”一体化的地质灾害调查评价技术进行综合研判，提高地质灾害识别的准确度，提前预判潜在风险[10-13]。

针对川藏铁路卡子拉山周边可能存在的潜在地质灾害风险，通过应用高精度光学遥感、机载LiDAR、工程地质调查及勘查等“空-天-地”一体化技术，识别出2处特大型滑坡和1处中型潜在不稳定斜坡，在分析其特征和成因的基础上提出了防灾减灾建议，为川藏铁路规划建设过程中的潜在地质灾害防控提供了科学依据。

1 地质背景

卡子拉山位于四川省甘孜州雅江县西俄洛镇俄洛堆村，研究区地处青藏高原东南麓、横断山脉中段、大雪山脉与沙鲁里山脉之间的山原地带，平均海拔约3 800 m，属高海拔高原山地侵蚀地貌，多年平均降水量705 mm，雨季多集中在5—9月。雅砻江二级支流俄洛曲从卡子拉山东侧自北向南流过，河谷呈“U”型宽谷地貌，为早期冰川侵蚀形成，两侧山体较陡，水系较为发育。受区域地层以轴面近直立或微倒转等形态的影响，研究区地表出露的岩体主要表现为折断变形和沿临空面倾倒崩落等特征（图1），且薄层状板岩极为破碎，为滑坡潜在滑面的发育提供了基础[3]。强烈的区域构造活动、破碎的岩体、高寒山区冻融风化、强降雨及人类工程扰动等因素的叠加作用，为区内特大型地质灾害的孕育提供了极为有利的条件。

图1 卡子拉山典型岩体结构特征Fig.1 Structural characteristics of the typical rock mass in the Kazila mountain

卡子拉山位于俄洛曲右岸，坡底河谷海拔3 600 m，坡顶最高海拔4 040 m，总体坡向为北东向。前部近河谷段为缓坡，中部为阶状地形，后壁为陡坡。卡子拉山东侧主要发育有霍泽扎日断层，出露岩性主要为三叠系雅江组中段（T3y2）薄—中厚层软硬钙质粉砂质板岩夹岩屑石英砂岩。主要发育有冰川形成的宽谷和侵蚀形成的陡坡地貌，总体地形坡度介于20°～35°之间，为反向斜坡地形，基岩为T3y3砂质板岩，岩层产状为263°∠69°，主要发育115°∠66°、71°∠27° 2组节理裂隙，裂隙间距0.5～2.0 m不等（图2）。

图2 卡子拉地区地质背景图Fig.2 Geological map of the Kazila mountain

2 卡子拉山滑坡发育特征

为查明研究区斜坡结构及地质灾害发育特征，研判潜在地质灾害风险及其对铁路的影响，首先采用该地区多期次遥感影像进行对比解译，发现卡子拉山隧道进口两侧发育有2处疑似滑坡区，在地貌形态上呈明显圈椅状，且后壁、侧壁较清楚，后缘洼地与平台、前缘鼓丘可辨，并在前缘发现5处线状分布泉点，表明有地下水沿贯通滑面渗流过程。其次，应用机载LiDAR进行高精度航测（平均点云密度优于25点/m2，点云高程误差精度控制小于0.12 m、平面误差小于0.05 m）并通过点云数据处理、数字表面模型（DSM）构建，形成了研究区数字高程模型（DEM），进一步揭示了卡子拉山2处潜在滑坡和1处不稳定斜坡的地貌特征、形态及空间分布，并解译了研究区的3条断层（图3）。

图3 卡子拉山滑坡及不稳定斜坡分布特征图Fig.3 Distribution characteristic of the Kazila mountain landslide and unstable slope

根据光学遥感和机载LiDAR的调查结果，进一步在研究区布设1 000 m工程地质钻探，共15个钻孔，从空间上对其结构特征进行控制。工程地质钻探和物探结果表明，2个潜在滑坡区均存在明显的滑带，坡体前缘有局部变形。结合综合遥感解译结果，认为这2处区域为滑坡区，分别命名为卡子拉山1#滑坡和卡子拉山2#滑坡。俄洛堆不稳定斜坡在遥感解译上没有明显的标志，地表也无明显变形迹象，但工程地质钻探揭露结果显示其下部为强风化岩质、上部为第四系土质斜坡，斜坡岩体破碎，土体结构较为松散，稳定性需进一步评价。

2.1 卡子拉山1#滑坡特征

卡子拉山1#滑坡后缘呈圈椅状地形，后壁呈陡坎状，范围以两侧缘冲沟为界，滑坡前缘高程3 560 m，后缘高程4 040 m，主滑方向为70°。滑坡斜长约990 m，宽约820 m，滑体平均厚40 m，体积32.48×106m3，为特大型滑坡。滑坡前部滑体厚度较大，后缘相对较薄，在纵剖面上呈上缓下陡坡型，整体坡度25°～35°（图4）。根据卡子拉山1#滑坡中部的多级台阶地貌判断，该滑坡历史上层发生过多期次的变形或滑动，工程地质钻孔揭露滑带厚度介于48～72 m之间，滑带土厚度1.5～3.3 m，主要为灰色或灰黑色，岩性为粉质黏土夹角砾，粉质黏土多呈软塑状，角砾、碎块石成分以砂质板岩为主，以棱角状和次棱角状为主，土体含水率为12.5%～29.2%，明显高于滑体土（图5）。在65.0～72.0 m段可见少量磨圆较好的卵石以及充填少量细砂，为俄洛曲阶地沉积物。

图4 卡子拉山1#滑坡体工程地质剖面图（剖面A-A’）Fig.4 Engineering geological profile of the Kazila 1# landslide (section A-A’)

2.2 卡子拉山2#滑坡特征

卡子拉山2#滑坡后缘呈圈椅状，滑坡前缘以陡坡为界，后缘以陡坎为界，左侧缘以冲沟为界，右侧缘以山脊为界。滑坡前缘高程约3 580 m，后缘高程约3 820 m，主滑方向为15°。滑坡斜长约580 m，宽约500 m，滑体平均厚35 m，体积10.15×106m3，为特大型滑坡。滑坡中部滑体厚度较大，中前部次之，后缘相对较薄在纵剖面上呈上缓下陡坡形，整体坡度25°～30°。工程地质钻孔揭示卡子拉山2#滑坡滑带位于地表以下平均35 m处，滑带土厚度0.5～5.5 m，主要为灰色或灰黑色粉质黏土夹角砾，粉质黏土多呈软塑状，稍湿-湿，角砾、碎块石成分以砂质板岩为主，以棱角状和次棱角状为主，滑带土含水率为12.5%～29.2%，高于滑体土。

2.3 俄洛堆潜在不稳定斜坡特征

俄洛堆潜在不稳定斜坡位于卡子拉1#、2#滑坡之间相邻的山脊处，拟规划的川藏铁路卡子拉山隧道进口选线从该不稳定斜坡南侧中部穿过。边坡后缘高程3 970 m，前缘坡脚高程3 574 m，平均坡度32°，前缘临空条件较好。工程地质钻探揭示斜坡体中部第四系覆盖层厚19.8 m，主要为褐黄色粉质黏土夹碎石层和黑灰色碎块石土层。基岩岩性以灰黑色炭质板岩为主，中风化，变板状构造，节理较发育，轴夹角35°～70°。综合工程地质钻探和高密度电阻物探结果，确定俄洛堆潜在不稳定斜坡斜长约136 m，宽约203 m，最厚处可达20 m，平均厚13 m，体积35.8×104m3，规模为中型（图6）。

图6 卡子拉山俄洛堆不稳定斜坡物探解译剖面图Fig.6 Geophysical interpretation profile of the Eluodui unstable slope in the Kazila mountain

3 卡子拉山滑坡与不稳定斜坡成因分析

3.1 卡子拉山1#、2#滑坡成因分析

卡子拉山地区地质背景条件复杂，在研究区内密集发育的2个特大型滑坡是多种因素共同作用的结果。结合对已有资料的认识，将卡子拉山滑坡的成因分析如下：

（1）区域断层活动。根据区域地质资料，霍泽扎日断层从卡子拉山东侧通过，走向为300°（图2）。结合高密度电阻率物探及机载LiDAR解译成果，滑坡区附近有3条断层通过（图3）。F1断层从卡子拉山1#、2#滑坡中部穿过，走向为NW—SE，倾向坡内，根据物探解译结果，断层破碎带厚50～70 m，宽约38 m。F2断层从卡子拉1#、2#滑坡后缘穿过，走向为NW—SE，倾向坡内，根据物探解译结果，断层破碎带厚60～80 m，宽约26 m。F3断层从卡子拉山1#滑坡穿过，走向为NE—SW，倾向东南，根据物探解译结果，断层破碎带厚度在20～60 m，宽约40 m。受断层影响，斜坡上部和中部工程地质钻孔揭示的全孔基岩均为全风化层，总体较为破碎，基岩强风化部位存在轴夹角较缓、中风化基岩轴夹角较陡且与出露基岩倾角基本一致的现象，表明斜坡岩体受断层控制明显。

（2）岩层结构。受区域褶皱控制的影响，雅砻江流域岩层多以脆性弯折变形为主，这种岩层结构也是造成雅砻江流域岩质滑坡极为发育一个主要原因[3,11-12]。卡子拉山所处地区岩层结构以弯折倾倒为主，主要受控于区域褶皱一翼向卸荷方向的弯折倾倒，2处滑坡区岩层产状为263°∠69°，主要发育115°∠66°、71°∠27°两组节理裂隙。受此影响，坡体极易破坏并沿临空方向产生滑动，故褶皱是控制区域滑坡结构及破坏模式的最主要因素（图7）。

图7 雅砻江流域典型地层构造对岩体变形影响剖面图（引自文献[3]）Fig.7 Profile of typical stratigraphic structure on rock mass deformation in the Yalong River catchment（cited from Ref.[3]）

（3）高寒循环冻融。卡子拉山滑坡区海拔大于3 500 m，属于高寒山区，昼夜温差大，冰冻作用强烈。由于滑坡区岩体节理裂隙发育，雨水入渗裂隙后在低温作用下产生冻胀，尤其是在高原长期的季节性循环冻融作用下，岩体裂隙会在反复冻胀作用下进一步扩张，进而影响岩体的强度，为滑坡在重力卸荷、暴雨或地震的作用下产生滑动提供了基础[14-15]。

（4）地震。卡子拉山地处鲜水河活动断裂带与理塘断裂带之间，断层带纵横交错，周边地区历史上大规模地震频繁，如1955年康定7.5级地震、1986年理塘5.6级地震、1981年道孚6.9级地震等。周边强烈的地震活动会导致山体被震裂，岩体松动，对坡体的稳定性造成不利影响，成为影响滑坡发生的一个重要因素。

3.2 卡子拉山俄洛堆不稳定斜坡成因分析

岩层的脆性弯折是雅砻江流域最为典型和普遍的变形破坏模式之一，这主要与区域内广泛发育的板岩与砂岩互层结构有关，脆性弯折变形多发生在互层内部（图7）。在区域构造和深切河谷卸荷等共同作用下，卡子拉山地区的脆性弯折变形特征局部表现为系列小型连续的尖棱状褶皱，且轴面多破碎，区域上多呈现为褶皱一翼向卸荷方向的倾倒弯折[3]。深部的弯折变形为大型滑坡的深部潜在滑面形成提供重要基础，表层的弯折变形主要表现为岩体的倾倒，会在坡面上形成一定厚度第四系残坡积碎石土，俄洛堆潜在不稳定斜坡表层土体为此类成因。由于这类碎石土较为松散，孔隙度大，在降雨时会形成良好的下渗通道与空间，容易导致地表水沿基伏界面流通并形成潜在滑面，为斜坡变形提供基础。

根据研究区岩土体土力学参数测试结果（表1），考虑天然工况（自重）、暴雨工况（自重+暴雨）及地震工况（自重+地震）三个工况，采用极限平衡传递系数法对滑坡体3条剖面上覆堆积体土层沿基覆界面滑动的稳定性进行了计算，计算模型主要以各剖面钻孔、物探等勘察结果作为地质模型，结合地质环境条件和滑坡变形破坏特征连出的滑面而建立。结果表明：在天然工况下，该不稳定斜坡稳定性系数为1.212，为稳定；在暴雨工况下，稳定性系数为1.024，为欠稳定；在地震工况下，稳定性系数为1.156，为稳定。由于川藏铁路卡子拉山隧道进口从俄洛堆不稳定斜坡东南侧中部穿过，在施工期间和隧道建成后的运营期间遇到暴雨时存在滑坡风险。同时，隧道施工期间大量工程开挖扰动是该不稳定斜坡潜在变形破坏的关键因素，开挖后的上部分坡体稳定性容易受到影响，沿软弱面产生牵引式滑动，进而引发滑坡，对铁路施工及运营造成影响。

表1 卡子拉山1#滑坡岩土体主要物理力学参数Table 1 Values of main physical parameters of rock and soil mass of 1# landslide in the Kazila mountain

4 防灾减灾建议

4.1 潜在地质灾害风险分析

（1）卡子拉山1#、2#滑坡区是川藏铁路卡子拉山隧道进口的重要工程规划区，川藏铁路卡子拉山隧道进口选线位于2处滑坡之间的山脊处，目前2处滑坡处于稳定状态，对川藏铁路进口选线不构成直接影响。但在铁路后期施工期间需要防范坡体下部开挖或坡体上部加载对滑坡的扰动影响，一旦因不合理的工程活动引起滑坡复活，易导致坡体局部变形失稳，对川藏铁路卡子拉山隧道及俄洛堆大桥施工临时设施及施工人员生命财产安全构成潜在风险。

（2）持续降雨或大暴雨会对俄洛堆不稳定斜坡的稳定性造成影响，存在潜在滑坡风险，在施工期间会对川藏铁路卡子拉山隧道进口施工区带来潜在的冲击破坏、掩埋等风险。后期铁路运营期间若发生变形破坏，则会对卡子拉山隧道、俄洛堆大桥及运行列车造成潜在风险。

4.2 对策建议

（1）优化线路设计规避潜在地质安全风险。卡子拉山1号隧道进口段线路穿越俄洛堆不稳定斜坡区，存在地质安全风险，建议优化方案，将隧道进口段线路向东南侧平移，避开俄洛堆不稳定斜坡区域，确保铁路在施工和运营期间的安全。

（2）减少施工开挖对斜坡的扰动。在铁路及配套工程施工期间，避免开挖俄洛堆不稳定斜坡和2处滑坡坡脚，禁止在俄洛堆不稳定斜坡和2处滑坡中上部堆放工程弃渣，并加强对施工期间爆破对滑坡和不稳定斜坡的影响。

（3）开展专题评价与针对性工程治理。在俄洛堆不稳定斜坡上方约190 m处发育有厚约17 m的覆盖层，建议对该覆盖层的稳定性及其对铁路的潜在影响开展专项评价，查明其潜在变形区及影响区范围，并针对性开展工程治理，从源头上防控地质安全风险。

5 结论

（1）卡子拉山1#、2#滑坡均为已发生的特大型岩质滑坡，原岩成分主要为灰黑色板岩和炭质板岩，目前滑坡堆积体在天然和暴雨工况下均处于稳定状态，对规划建设的川藏铁路工程施工影响较小，但需减少铁路施工对坡体的扰动。

（2）俄洛堆不稳定斜坡上部为土质斜坡，下部为强风化岩质斜坡，该斜坡在天然和地震工况下处于稳定状态，在暴雨工况下处于欠稳定状态，在铁路施工及运营期间需要防范极端暴雨条件下的斜坡变形风险。

（3）由于缺少测年和历史测年数据，卡子拉山1#、2#滑坡发生的时间和诱因难以界定，但根据区域地质资料分析认为，卡子拉山地区地层结构是2处特大型滑坡形成的主控因素，尤其是斜坡深部岩层的脆性弯折部位为滑带发育提供了有利条件。

（4）卡子拉山2处特大型滑坡及俄洛堆不稳定斜坡的发现是充分利用综合手段调查的结果，为重大工程施工及运营过程中地质灾害风险提前及精准防控提供了地质解决方案，证明了综合调查技术在川藏铁路沿线隐蔽型地质灾害的早期识别及精细化调查中的适用性，在今后重要铁路工程建设区可加强该技术的应用。