舟曲断裂带滑坡灾害效应与防治对策研究

2022-12-30郭富赟周小龙火飞飙张毅

中国地质灾害与防治学报 2022年6期

郭富赟，周小龙，火飞飙，张毅

（1. 甘肃省地质环境监测院，甘肃兰州 730050；2. 甘肃省环境地质与灾害防治技术创新中心，甘肃兰州 730000；3. 兰州大学资源环境学院，甘肃兰州 730000；4. 兰州大学地质科学与矿产资源学院，甘肃兰州 730000）

0 引言

白龙江流域地处青藏高原东缘，是一个地质构造和地形地貌极为复杂的地区,同时也是我国滑坡泥石流等地质灾害最为发育的地区之一[1−3]。特别是白龙江舟曲段，沿着光盖山南麓断裂带及其分支断裂坪定-化马断裂带分布着一系列的大型-巨型的断裂带滑坡。受断裂带的控制，这些滑坡的形态、规模、活动特征和白龙江流域发育的其它类型的滑坡具有显著的差异，滑坡空间发育分布上主要沿着断裂带影响区分布，形态多呈长条状，具有规模大、滑动速度慢、活动历史长、复活性强等特征[4]。多年来这些滑坡频发，给当地人民生命财产造成了巨大的危害[5]。例如泄流坡滑坡在1907 年以来曾6 次堵断白龙江，每次堵江都造成通往舟曲的道路中断，并迴水淹没上游村庄[6]；江顶崖滑坡1992 年以来曾4 次复活并堵断白龙江[7]；锁儿头滑坡也曾多次发生堵江，造成灾害[8]。2018 年以来，断裂带滑坡灾害有愈演愈烈的趋势，舟曲接连发生了江顶崖滑坡（2018-07-12）、牙豁口滑坡（2019-07-16）、立节北山（2020-08-14）等3 处断裂带滑坡，造成了巨大的经济损失，应急处置社会成本巨大，引起了政府和学界的高度关注。根据现场调查，位于光盖山-迭山南麓断裂带上的大小湾、锁儿头、罗家坡、中牌等滑坡均具有活动加剧的趋势。因此，进一步深入开展该类滑坡的活动特征及其灾害效应研究，做好以上滑坡的预防准备，对于舟曲防灾减灾具有重要的意义。

近年来一些学者对舟曲断裂带滑坡进行较为广泛的研究，这些研究集中于该区域典型滑坡的发育特征[9−10]、成因机理[11−12]、活动特征[13−14]、稳定性分析[15]和风险评价[16−17]等方面，并且取得了显著成果。但对光盖山-迭山南麓断裂带舟曲段的滑坡数量、分布、复活特征、灾害效应等方面的研究较少或在认识上存在分歧。近年来，综合遥感和非接触式调查、监测技术在滑坡灾害研究领域得到广泛应用，提高了调查监测的效率和精度[18−22]。文中在借鉴前人研究成果的基础上，采用综合遥感、变形监测和调查获取的资料，进一步分析总结了该类滑坡基本特征、复活特征和灾害效应，提出了针对性防治对策，以期提高对该类滑坡的认识水平，为该类监测预警、应急处置和综合治理提供科学参考。

1 分布特征

舟曲位于西秦岭构造带，光盖山-迭山断裂带自西向东横穿舟曲县北部，总体走向为近EW。坪定-化马断裂为其主要的支断裂，属第四级活动断裂，晚第四纪以来的垂直滑动速率为0.49±0.08～1.15±0.28 mm/a，左旋滑动速率为0.51±0.13 mm/a[23]。断层上盘地层为泥盆系或石炭系灰岩；下盘地层为志留系、泥盆系板岩、千枚岩以及碳质页岩等；沿断裂带分布着断层破碎岩，主要组成为灰岩漂砾、千枚岩、炭质板岩以及断层泥等组成，宽度150～1 500 m，厚度在150 m 以上。这些断裂带破碎岩的存在成为滑坡发育的物质基础[24]。

舟曲断裂带滑坡在空间上主要沿断裂走向和基本垂直于断裂走向展布。例如，大小湾、锁儿头、泄流坡、牙豁口等滑坡均是沿断层走向展布，而南峪滑坡群、河南村滑坡、立节北山滑坡等，则是基本垂直于断层走向展布。在主断裂和分支断裂的交汇部位，滑坡呈现集中成群的分布特点（图1），例如中牌—毛家村一带，南峪乡一带，武滩村一带，属于滑坡主支断裂的交汇部位，均分布着规模巨大的滑坡群。

图1 舟曲断裂带滑坡分布图Fig.1 Distribution of landslides in Zhouqu fault zone

滑坡多发育在负地形区域。滑坡区一般具有典型的洼地地形或长条状槽状地形。这种负地形有利于降雨汇流，从而使得地下水富集，形成相对独立的滑坡区水文地质单元。滑坡体中泉水普遍出露，且生长旱芦苇等亲水植物，形成标志物。例如在大小湾滑坡、锁儿头滑坡、牙豁口滑坡等均出露多处泉点。

2 发育特征

滑坡的发育特征主要包括形态特征、规模特征、物质特征与结构特征等。断层破碎岩滑坡的发育具有较为显著的基本特征。

2.1 形态特征

沿着断裂走向分布的滑坡形态一般为长条形，而垂直于断裂带分布滑坡则基本为舌形或簸箕型。滑坡前部横向扩展效应明显，扩散角一般在20°～40°，往往形成类似堆积扇的地形。滑坡各种要素上较为齐全，例如江顶崖滑坡（图2），具有典型的后壁、侧壁、滑坡洼地、鼓包、剪切和拉张裂缝等滑动标志。三维遥感图上形态清晰，从宏观地貌上较易识别；牙豁口滑坡长度达2.06 km，而其最大宽度仅187m，属典型的长条形滑坡；滑坡分为上中下三级，每级的滑坡要素都很齐全（图2）。锁儿头滑坡长度达3 300 m，宽度为700 m，形态上也呈典型的长条形，滑坡舌部横向扩展效应明显（图2）。

图2 滑坡形态图Fig.2 Morphology of landslide

2.2 规模特征

断裂带滑坡一般规模较大[25]。已经编目的48 处滑坡中，规模为巨型的6 处，占比12.5%；规模为大型的19 处，占比39.58%；规模为中型的滑坡21 处，占比为43.75%；规模为小型的2 处，占比4.17%。近年来复活的江顶崖、牙豁口、立节北山等滑坡，其体积均在200×104m3以上（图3）。

图3 滑坡规模正态分布图Fig.3 Normal distribution of landslide scale

2.3 物质组成

滑体堆积物较为松散，部分滑坡局部覆盖5～20 m的黄土，主体多为黑黄色碎石土和灰黑色千枚岩、炭质板岩混杂堆积土体，厚度最大可达150 m，其中夹杂大量灰岩漂砾，粒径最大可达十几米。滑带土一般由含砾黑灰色、褐红色黏性土构成，厚度0.15～0.6 m 不等，含有千枚岩、板岩碎屑。天然状态下，滑带土处于饱和软塑状态。滑带下面由于滑动摩擦，形成光滑的镜面，擦痕发育，手摸光滑细腻。颗粒分析和界限含水率测试结果显示，滑带土粉粒含量44%～47%，黏粒含量23%～28%，角砾含量18%～22%，液限31～36，塑限 18，定名为含砾粉质黏土。黏粒组分以高岭石和伊利石为主，均为亲水矿物。滑带土的C值较小，一般5～6 kPa，φ值为14～17 MPa，强度较低。滑床部分一般具有双层结构，上部为多见为黄褐色含角砾黏性土，所含砾石成分多为千枚岩、炭质板岩碎屑，干燥，结构较为密实，压实程度高，岩芯呈块状—短柱状，一般构成相对隔水层；下部多为结构和滑坡堆积体相似，为较松散碎石土和灰黑色千枚岩混杂堆积体。

2.4 结构特征

滑体结构破碎，分级分块特征较为明显。一般滑坡从纵向上均形成多级滑动，在平面上则为多个滑块组合形成一个大型或巨型滑坡，立面上具有多层滑面。例如立节北山滑坡在平面上可分为7 个滑块，在纵向上又形成上、中、下等三级块体（图4）。牙豁口滑坡则在纵向上形成上中下三级块体。在很多滑坡上都会发现2—3 层滑带，例如江顶崖滑坡具有新滑坡和老滑坡两个滑带（图5）。在牙豁口滑坡还发现了多次滑动形成的叠瓦状侧滑带。同时，滑坡内部的每个块体在复活滑动过程中形成大量的拉张或鼓胀裂隙，从而构成裂隙网络，这在近年复活的江顶崖滑坡、牙豁口滑坡、立节北山滑坡等表现的尤为显著。这些裂隙不但破坏了滑坡的岩土的整体性，也形成降雨入渗和地表水入渗的优势通道，为滑坡的反复活动埋下了伏笔。

图4 舟曲立节北山滑坡分块平面图Fig.4 Block plan of Lijie Beishan landslide in Zhouqu

图5 江顶崖滑坡剖面图Fig.5 Profile of Jiangdingya landslide

3 滑坡活动特征

滑坡的活动特征主要指复活滑动和后部坡体再次继发滑坡等特征。断裂带滑坡有区别于其他类型滑坡的活动特征，主要体现在多次活动、慢速运动、差异性和降雨敏感性等方面。

3.1 多次活动特征

断裂带滑坡一般在历史均具有多次复活形成灾害。例如泄流坡滑坡在1907 年、1922 年、1949 年、1961 年、1963 年、1981 年期间都曾发生大规模滑动，堵断白龙江形成堰塞湖。江顶崖滑坡从1992 年到2018年期间曾发生5 次滑动堵断白龙江形成灾害。牙豁口滑坡在1989 年曾发生大规模滑动，并造成岷江半堵；2019 年7 月16 日再次复活，至8 月13 日滑坡再次占据岷江三分之二河道，并使局部水位雍高。当地老百姓形象的总结断裂带滑具有10 年一小滑，30 年一大滑的活动规律，反映出该类滑坡活动性较强，具有多次活动的特征。

3.2 慢速运动特征

断裂带滑坡一般发育在坡度15°～25°的缓坡地带，滑动势能相对小，且多数推移式滑坡，滑程较长，前缘滑动阻力大。总体上，断裂带滑坡复活后，其滑动速率都属于慢速滑坡，突发性并不是很强。目前观测到的数据显示，滑坡的滑动速率在0.1～3 m/h。牙豁口滑坡发生后，通过现场观测到了中下级块体从启动到停滞的全生命周期的滑动特征，滑坡在启动后基本上处于匀加速状态，其最大速度为1.2 m/h。滑坡加速时段较短，滑坡在减速阶段也基本处于匀减速状态，但减速的历时相对更长（图6）。江顶崖滑坡在72 h 内滑动最大距离为93.3 m，平均滑动速度为1.3 m/h，根据视频资料分析，其最大滑动速度不超过3 m/h。同时，滑坡主滑带一般为含砾黏土，力学强度低，滑面贯通时抗滑力降低较少，因此其运动特征类似黏性泥流，具备一定的流动特征。

图6 牙豁口滑坡滑动速率曲线图Fig.6 Sliding rate of Yahuokou landslide

3.3 差异活动特征

断层带滑坡不仅表现为整体滑动。其内部的差异性活动特点非常突出。例如，立节北山滑坡共7 个分块，其下部的1—3 号块体的运动速率远大于其上部的4—7 号块体（图4），这些从变形监测资料可以得到证实。再如大小湾滑坡，其可划分为5 个块体，其中临近白龙江的5 号块体活动最为明显，两侧剪切裂缝已完全贯通，其余块体的活动性则稍差（图7）。锁儿头滑坡整个滑坡体处于缓慢蠕滑变形状态，局部变形较快，整个滑坡以拉张裂缝和陡坎为边界，可以划分为后部快速变形区、中上部急速变形区、中下部快速变形区、前缘蠕变区和前缘相对稳定区（图8）。

图7 大小湾滑坡活动分区Fig.7 Landslide activity zoning in Daxiaowan

图8 锁儿头滑坡分块InSAR 监测变形速率分布图Fig.8 Distribution of deformation rate of Suoertou landslide monitored by InSAR

3.4 降水敏感特征

通过近年来InSAR 数据分析，断裂带滑坡大部分时间都处于蠕动状态。从锁儿头滑坡2007 年到2010年时间序列变形表明，在降雨多的年份活动明显加剧。锁儿头滑坡变形呈现出持续的、季节性的变化，并且与降水量高度相关，每次降水后滑坡都出现了加速现象（图9），但对于像锁儿头、泄流坡这些规模巨大的深层滑坡则又有一定的降雨影响滞后效应。对于类似牙豁口等浅层滑坡，在运动过程中对降雨的响应更为敏感，几乎没有滞后效应（图10）。牙豁口滑坡在2019 年7月27 日、8 月4 日及9 月15 日的降雨过程中，滑坡滑动速度都有明显的加速过程，特别是牙豁口下部块体在9 月15 日的降雨过程中滑动速度有较为明显的提升，表现出降雨和滑坡加速的同步性特征。以上现象说明降雨是断裂带滑坡复活的主要引发因素。

图9 锁儿头InSAR 监测变形与降水关系图Fig.9 Relationship between deformation and precipitation monitored by lock head InSAR

图10 牙豁口滑坡InSAR 监测变形与降水关系图Fig.10 Relationship between deformation and precipitation monitored by Yahuokou landslide InSAR

4 灾害效应

通过对以往断裂带滑坡形成灾害案例进行分析，断裂带滑坡的成灾模式主要表现为具有明显的变形前兆，复活后为慢速滑动，突发性并不强。滑坡的灾害效应主要表现在滑动过程中产生的蠕动拉裂效应、冲击破坏效应，滑动后的堵江淹没效应、挤压侵蚀效应，以及社会影响效应等。

4.1 蠕滑拉裂效应

舟曲很多村庄选择于断裂带滑坡上，滑坡在长期蠕动或缓慢滑动过程中，造成大量房屋开裂，形成危房，甚至造成房屋倒塌（图11、图12）。严重威胁居住者的安全。根据滑坡编目资料，舟曲断裂带滑坡上分布的村庄，大多都存在着房屋变形开裂的现象。典型的如锁儿头滑坡，当地农民每过10 年左右就要重新翻修变形的房屋；再如立节北山滑坡，造成110 户居民房屋变形开裂；类似的例子在舟曲还有很多。

图11 舟曲龙江村滑坡体上建筑物密集Fig.11 Dense buildings on the landslide mass in Longjiang Village,Zhouqu

图12 锁儿头滑坡前缘建筑密集Fig.12 Dense buildings at the front edge of Suoertou landslide

4.2 冲击推挤效应

断裂带滑坡的运动过程中的冲击推挤效应非常显著。例如江顶崖滑坡滑动速率约12 m/d，属缓慢滑动入江。但滑动后的冲击破坏效应也很显著，滑坡进江后直接摧毁国道345 线长度340 m 的高架桥，造成直接经济损失2 000 万元。位于滑坡体上的省道也被破坏，同时毁坏了向江顶崖方向的乡村道路。使得舟曲与宕昌间的主要交通线路中断，过往车辆不得不从东山镇绕行，间接扩大了灾害损失；同时，也给抢险救灾工作带来极大困难。牙豁口滑坡滑动过程中，推挤道路、厂房，致使道路和厂房破坏，直接经济损失1.1亿元。

4.3 堵江淹没效应

堵江淹没效应是断裂带滑坡的主要次生灾害效应，往往造成巨大的损失。例如，2018 年7 与12 日，江顶崖滑坡堵江后致使江面宽度不足5 m，形成长度251 m、宽度30～35 m、高度20～35 m、体积约20×104m3的堰塞体（图13）。致使上游水位抬高8 m，迴水2 000 m，形成体积约390×104m3的堰塞湖。白龙江水位抬高后，导致舟曲通往南峪乡的公路桥被淹没，造成交通中断；南峪村三分之一村庄被淹，紧急转移安置741 人，造成直接经济损失约1 300 万元。同时，堰塞体上游约200 m处的南峪水电站厂房被淹，造成直接经济损失约3.9 亿元。由于堰塞湖内江水带来的泥沙快速淤积，导致后期该电站直接报废，间接经济损失巨大。

图13 江顶崖滑坡堵江灾害效应图Fig.13 Effect of Jiangdingya landslide blocking the river

4.4 河流侵蚀效应

滑坡堵江后，往往会对主流进行挤压，造成滑坡对面岸坡侵蚀加剧，形成岸坡崩塌（图13）。例如，江顶崖滑坡堵江后，对白龙江主流挤压非常明显，致使白龙江右岸产生强烈的侧蚀，并产生大量崩塌，河岸出现明显后退。根据测算，堵江段河流右岸因河流侧蚀作用产生崩塌河段长度约220 m，河岸后退宽度最大15 m，最小5 m，因侧蚀作用产生的崩塌体积约7.8×104m3。崩塌体坠落河道解体后，均被江水冲刷带走。由于河流的侧蚀作用，导致河道拓宽，缓解了堰塞体溃坝风险。

4.5 社会影响效应

滑坡堵江事件的社会影响巨大，往往会形成社会热点事件。由于存在滑坡堰塞湖溃坝后可能产生的次生洪水灾害风险，也会对下游城镇、村庄造成威胁。例如江顶崖滑坡、牙豁口滑坡堵江后，甘肃省省委省政府高度重视，均启动地质灾害一级响应，调动省、州、县、乡多级政府应对灾害。国家有关领导也做出批示，自然资源部、应急管理部均派出指导组对抢险救灾进行现场指导。其下游的陇南市也调动沿线各县区做好防灾预案和防灾准备。牙豁口滑坡应急处置工作持续28 d，为做好次生灾害预防，甘南州、陇南市投入大量的管理人员。江顶崖滑坡应急处置仅专业技术队伍投入就达80 余人，涉及的县区投入的管理人员数量很大，需要完成包括滑坡应急调查监测、应急治理方案论证、南峪水电站导流洞疏浚、堰塞体处置等工作，抢险救灾付出的代价十分巨大，社会成本高昂。

5 防治对策

从以上研究不难得出，舟曲断裂带滑坡基本特征突出，物质组成主要为千枚岩、板岩、碳质板岩等软弱岩土，滑坡规模较大，一般均多次复活滑动造成灾害，且灾害效应显著。断裂带滑坡是一种特殊的滑坡类型，其防治措施要不同于一般滑坡的防治。由于滑坡结构复杂，勘察工作难以得出准确的结论；同时，由于滑床岩体破碎、滑坡规模较大，因此，治理工程难以奏效。从近年来立节北山滑坡、锁儿头滑坡实施的包括抗滑桩、锚索格构等工程治理效果来看，治理效能较差，未能消除灾害隐患。因此，对于此类滑坡的防治措施应以管防为主。首先，应在用地管控上对滑坡体及其滑动覆盖区、堵江淹没区划定和侵蚀塌岸区划为禁建区，不宜作为村庄、城镇的建设用地；其次，对于滑体上已建成的村庄，坚决进行避让搬迁，避免反复成灾、反复救灾、反复重建的局面再次出现；再次，由于断裂带滑坡往往形成链式灾害效应，在采取以上措施后，对此类滑坡还应加强监测预警；最后，从历史案例来看，舟曲滑坡堵江后以回水淹没为主，滑坡堰塞体在河流自然冲刷或人为干预措施下均能得到有效处置，尚未有堰塞体溃决形成次生洪水灾害的案例，所以一旦滑坡堵江，要及时采取应急处置措施，疏通河道，降低灾害损失。