趙建軍,巨能攀,李果,黃潤(rùn)秋

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059)

汶川地震誘發(fā)罐灘滑坡形成機(jī)制初步分析

趙建軍,巨能攀,李果,黃潤(rùn)秋

(成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610059)

安縣罐灘滑坡由汶川地震誘發(fā)形成,發(fā)育于存在軟弱基座的反傾斜坡中,體積達(dá)468×104m3。罐灘滑坡由“5.12”汶川地震及當(dāng)晚暴雨誘發(fā)形成,發(fā)生時(shí)間滯后地震8 h,是典型的地震后效型滑坡。滑坡位于龍門(mén)山前山斷裂帶上盤(pán),自然斜坡走向與斷裂帶近平行,水平距離約400 m,前山斷裂帶的分支斷裂從坡體下部通過(guò),并形成底部泥巖和上部白云巖的分界線。調(diào)查和分析表明,下軟上硬的坡體結(jié)構(gòu)是滑坡產(chǎn)生的基礎(chǔ),強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)背景是其產(chǎn)生的重要條件,強(qiáng)烈的地面震動(dòng)和高強(qiáng)度暴雨是導(dǎo)致產(chǎn)生滑坡的根本因素。滑坡的形成機(jī)制和發(fā)展過(guò)程可以分為以下3個(gè)階段:自然斜坡的壓縮-傾倒變形、震后滑面貫通階段、滑坡整體破壞階段?；麦w形成沿河長(zhǎng)400 m,縱向長(zhǎng)880 m,平面面積1.82 ×105m2的滑坡堆積體,堵塞雎水河形成罐灘堰塞湖。

汶川地震;罐灘滑坡;形成機(jī)制;反傾斜坡;壓縮傾倒

1 引言

汶川地震誘發(fā)產(chǎn)生了16704處崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害[1],形成88處堰塞湖[2]。這些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生多數(shù)伴隨著強(qiáng)烈地震產(chǎn)生。安縣雎水河段雎水鎮(zhèn)-高川煤礦段存在兩處反傾斜坡中發(fā)育的滑坡,其變形破壞均表現(xiàn)出滯后地震的特點(diǎn)。罐灘滑坡位于四川省安縣雎水河右岸,下游距雎水鎮(zhèn)約4 km。受“5.12”汶川地震及其后暴雨的影響,2008年5月12日22:00～23:00期間,斜坡發(fā)生整體變形破壞,滑坡體體積達(dá)468×104m3,堵塞雎水河形成“罐灘堰塞湖”,堰塞湖順河長(zhǎng)度135 m,橫河寬度約250 m,湖水深度達(dá)50余米,蓄水量約145×104m3,回水約2 km。堰塞湖形成后嚴(yán)重威脅下游雎水鎮(zhèn)的安全,該堰塞湖目前已被疏通,但在上游仍然形成較高的堰塞湖水位,堰塞湖上下游水位高差仍達(dá)18 m,堰塞湖治理工程在滑體前部開(kāi)挖一寬約20 m的泄水槽,滑體前部形成高差約50 m的陡坎。

罐灘滑坡所在山體自然斜坡為逆向坡,具有明顯的下軟上硬的結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)對(duì)滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件和變形破壞特征的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,研究該類斜坡在強(qiáng)震條件下的變形破壞機(jī)制,對(duì)評(píng)價(jià)該類斜坡穩(wěn)定性具有重要意義。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

滑坡區(qū)地處龍門(mén)山向成都平原過(guò)渡地段,屬龍門(mén)山山前中低山地貌單元。山體雄厚,山頂海拔1300 m左右,自然斜坡坡度一般大于35°,高差200～1000 m。河谷深切,河谷寬度100～300 m?；掳l(fā)生部位位于雎水鎮(zhèn)西南約4 km處,下游距團(tuán)結(jié)水電站約100 m,上游距劉家溝水電站約300 m。

如圖1所示,滑坡所處河段平直,走向近南北向,長(zhǎng)度1.3 km,兩岸岸坡陡峻,河谷呈V字形,河谷海拔高程約680 m。右岸坡度稍緩,坡度約40°,頂部高程約1300 m,山頂平臺(tái)部位有居民及少量耕地,岸坡平直,自坡頂向下發(fā)育多條沖溝;左岸坡度稍陡約52°,頂部高程1100 m。

圖1 區(qū)域地質(zhì)平面圖Fig.1 Regional geological p lanemap

2.2 地層巖性

滑坡發(fā)生前,斜坡上植被茂盛,地表分布厚約10 m的松散堆積體,堆積體呈現(xiàn)一定的分區(qū)特征,上部為厚約4～5 m的崩坡積、坡殘積的塊碎石,粒徑20～30 cm;下部為4～5 m厚的沖洪積物,由卵石、圓礫石及土壤為主,膠結(jié)較好。

自然斜坡為下軟上硬的反傾斜坡,上部基巖為T(mén)2j+l弱風(fēng)化中厚層狀白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r,地層產(chǎn)狀N 25°E/NW∠35°;下部為T(mén)1f+t薄層紫紅色泥巖和泥質(zhì)粉砂巖互層,巖體破碎,遇水易軟化,地層產(chǎn)狀N 34°E/NW∠57°。二者以斷層F3-1為界。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)位于漢旺場(chǎng)倒轉(zhuǎn)復(fù)向斜的SE翼,大坪山背斜NW翼,滑坡前緣距龍門(mén)山前山斷裂帶垂直距離360 m左右。龍門(mén)山前山斷裂帶為汶川地震的發(fā)震斷裂之一,地震破裂面沿雎水鎮(zhèn)西側(cè)至沸水一線延伸,在曉壩西側(cè)仍可見(jiàn)地表微量破裂變形,地震破裂面最終消失于桑棗鎮(zhèn)西側(cè)一帶(李渝生, 2008)。斷裂帶發(fā)生于二迭系、三迭系地層之間,總體產(chǎn)狀N 45°E/NW∠70°。斷裂破碎帶寬度一般為5～20 m,平均厚度10 m。主要由片狀構(gòu)造巖及斷層泥組成,斷面上清晰可見(jiàn)地震擦痕側(cè)伏角為SW∠75°發(fā)育有分支斷裂。

滑坡體中下部發(fā)育龍門(mén)山前山斷裂帶的分支斷裂F3-1,總體產(chǎn)狀N 45°E/NW∠70°。斷層下盤(pán)為T(mén)1f+t暗紫紅色薄層泥巖和泥質(zhì)粉砂巖,厚度200余米,主要發(fā)育一組結(jié)構(gòu)面,與層面近直交陡傾坡外,產(chǎn)狀N 12°E/SE∠82°。斷層上盤(pán)為T(mén)2j+l淺灰、灰黃色中厚層白云巖及少量泥質(zhì)灰?guī)r,發(fā)育兩組節(jié)理:Lx1,長(zhǎng)大傾坡外節(jié)理,產(chǎn)狀N2°W/NE∠66°; Lx2,與層面近直交節(jié)理,產(chǎn)狀N25°E/SE∠36° (圖2)。

圖2 滑坡區(qū)工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Engineering geological p rofile

2.4 水文地質(zhì)條件

自然斜坡地下水較為發(fā)育,主要為第四系松散堆積體中的孔隙水和白云巖中的裂隙水、巖溶裂隙水。滑坡體上白云巖塊石表面溶蝕現(xiàn)象明顯,碎石土中也可見(jiàn)鈣質(zhì)膠結(jié),說(shuō)明上部白云巖中巖溶裂隙水發(fā)育。坡體下部泥巖構(gòu)成相對(duì)隔水層,巖層傾向坡內(nèi),在一定程度上有利于地下水的賦存,弱化泥巖的工程特性。

3 滑坡的基本特征

3.1 滑坡的發(fā)生過(guò)程

罐灘滑坡發(fā)生于2008年5月12日夜間,根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用竦拿枋?地震發(fā)生時(shí)雎水鎮(zhèn)震感極為強(qiáng)烈,當(dāng)天余震不斷,當(dāng)晚該地區(qū)降暴雨,晚上22:00左右,滑坡處出現(xiàn)巨大轟鳴聲,其后一個(gè)小時(shí)不斷有巨石滾落的“隆隆”聲。第二天早上便發(fā)現(xiàn)該處滑坡已形成堰塞湖,淹沒(méi)了上游的劉家溝電站。

3.2 滑坡的邊界條件

滑坡呈典型的圈椅狀地形,前緣沿河寬度約400 m,縱向長(zhǎng)度約880 m,滑坡后壁坡度45°,中部坡度47°,前緣坡度65°,主滑方向99°,滑坡平面面積1.82×105m2。前緣高程708 m,后緣高程約1270 m,高差562 m?；逻吔鐥l件清晰,存在明顯的下錯(cuò),兩側(cè)邊界沿原有沖溝延伸并在坡頂相交,形成明顯的控制性邊界,見(jiàn)圖3。

圖3 滑坡全貌及分區(qū)圖Fig.3 Zoning photo of the landslide

滑坡后壁位于斜坡頂部,高程1250～1270 m,后壁陡坎坡度70°～90°,陡壁高度2～6 m,出露碎塊石及塊碎石土。局部基巖裸露,為灰白、灰黃色強(qiáng)-弱風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r,層面產(chǎn)狀N25°E/NW∠35°。

滑坡上下游邊界均受原有沖溝控制:上游側(cè)以原沖溝為界,該沖溝上游側(cè)陡坎基本保留原有形態(tài),溝壁較平直,走向286°,自滑坡前緣向后緣延伸至坡頂,坡度較陡,多處保留崩塌形成的陡壁,側(cè)壁坡度一般大于60°,最大高度約20 m,主要出露強(qiáng)-弱風(fēng)化淺灰色、土黃色碎裂結(jié)構(gòu)白云巖。下游側(cè)邊界沿原有沖溝發(fā)育,沖溝內(nèi)側(cè)壁巖體與坡體后緣震后均多處發(fā)生崩塌,在靠近岸坡頂部部位形成一鼻梁狀陡坎;地貌呈現(xiàn)上部陡坎、下部溝谷的地貌形態(tài);側(cè)壁走向變化較大:上部走向265°,傾角約46°,陡壁多見(jiàn)長(zhǎng)大傾坡外結(jié)構(gòu)面與巖層層面組合形成的臺(tái)坎,傾坡外結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀N34°W/SW∠75°;陡壁下部走向286°,傾角普遍大于60°,局部近直立。

地震后,作為震后排險(xiǎn)工作的一部分,滑坡前緣堵塞河道的部分坡體被開(kāi)挖。目前,在滑坡前緣形成高約20～45 m的陡坎,沿河長(zhǎng)約260 m?；w前緣揭露的巖層呈現(xiàn)與基巖相同的層序,但其傾角發(fā)生明顯變化,呈現(xiàn)向河谷方向傾倒的趨勢(shì)(表1)?；麦w前緣T1f+t與T2j+l的分界面與下游側(cè)基巖中分界線平面上距離約50～60 m,高差約67 m,見(jiàn)圖4。

圖4 滑體前緣巖體結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Rock mass of the front edge scarp of the landslide

3.3 滑坡分區(qū)特征

滑坡發(fā)生后,滑體與左岸崩塌堆積體共同堵塞河道,在河谷上方堆積成一前部略有鼓起的臺(tái)地。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,滑坡體物質(zhì)呈現(xiàn)明顯分區(qū)特性,可分為3個(gè)區(qū)(圖3):

(1)Ⅰ區(qū)位于滑體上部下游側(cè)高程900 m以上,堆積物平均粒徑相對(duì)較小,以灰白色崩坡積塊碎石及巖屑顆粒為主,直徑大部分小于30 cm,有少量塊石直徑大于1 m,最大者約達(dá)2 m。

(2)Ⅱ區(qū)位于滑體上部上游側(cè)高程900 m以上,地表以原有岸坡覆蓋層物質(zhì)為主,多呈灰黃、青灰色,塊石直徑大于50 cm的占1/3以上,多見(jiàn)鈣質(zhì)膠結(jié)程度較好的碎石團(tuán)塊,物質(zhì)成分以粒徑5～20 cm的碎塊石及粉質(zhì)粘土為主。

(3)Ⅲ區(qū)位于900 m高程以下,地形較上部平緩,前部略有隆起,地表仍可見(jiàn)植被及覆蓋層物質(zhì),見(jiàn)大量崩塌塊石,直徑普遍大于40 cm,局部可見(jiàn)崩塌碎石形成的小規(guī)模碎屑流。

4 變形破壞機(jī)制分析

根據(jù)上述分析,罐灘滑坡自然斜坡為存在軟弱基座的反傾斜坡,下部發(fā)育厚度200余米的軟巖(薄層泥巖、泥質(zhì)粉砂巖互層),上覆厚度700余米的硬質(zhì)巖(白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r)。上部白云巖中地下水較發(fā)育,易造成底部泥巖的軟化。斜坡在自然歷史上可能產(chǎn)生過(guò)壓縮-傾倒變形。斜坡所處部位構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,位于漢旺場(chǎng)倒轉(zhuǎn)向斜SE翼,大坪山背斜NW翼,沿河下游700 m即為龍門(mén)山前山斷裂帶,走向與斜坡近平行,巖體極為破碎。汶川地震造成巖體內(nèi)部巖體產(chǎn)生松動(dòng)變形,結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步貫通,再加上暴雨的影響,地表水沿地表裂縫及節(jié)理裂隙入滲,在結(jié)構(gòu)面內(nèi)部產(chǎn)生靜水壓力和動(dòng)水壓力,同時(shí)造成底部破碎泥巖的進(jìn)一步軟化。據(jù)此分析,罐灘滑坡的發(fā)展演化過(guò)程可以概括為以下3個(gè)階段:

(1)自然斜坡產(chǎn)生壓縮-傾倒變形(圖5(a))

自然斜坡為具有軟弱基座的反傾山脊,斜坡內(nèi)地下水發(fā)育,自然歷史上,在上覆巖體的自重應(yīng)力長(zhǎng)期作用下,下伏泥巖出現(xiàn)壓縮變形,導(dǎo)致上部白云巖產(chǎn)生傾倒變形,并在坡體后緣產(chǎn)生一定程度的拉裂。裂縫的存在加上斜坡巖體破碎,有利于降雨入滲,弱化底部軟巖的力學(xué)特性,可進(jìn)一步加劇傾倒變形的發(fā)展。

(2)震后滑面貫通階段(圖5(b))

圖5 滑坡發(fā)展過(guò)程Fig.5 Developing p rocess of the landslide

汶川地震及其余震造成斜坡巖土體松動(dòng),結(jié)構(gòu)面進(jìn)一步貫通,引起頂部拉裂的進(jìn)一步擴(kuò)展,斜坡中上部開(kāi)始出現(xiàn)蠕滑變形,沿白云巖中產(chǎn)狀為N2°W/NE∠66°的長(zhǎng)大傾坡外結(jié)構(gòu)面逐漸形成貫通的滑面,深度約3～7 m,向下深度逐漸增大;晚上的暴雨導(dǎo)致地表水沿張開(kāi)的裂縫、裂隙滲入坡體內(nèi)部,進(jìn)一步弱化潛在滑面和底部泥巖的力學(xué)性能,導(dǎo)致滑面逐漸貫通至底部泥巖中,深度估計(jì)超過(guò)35 m。

(3)滑坡整體破壞階段(圖5(c))

隨著蠕滑變形的發(fā)展,中上部白云巖中的局部鎖固段被剪斷形成貫通的滑面,滑面平均深度約35～40 m,剪出口靠近河床,高程約710 m?；尕炌ê?體積約468×104m3的滑坡體產(chǎn)生整體下滑,形成堰塞湖。隨后,滑體后緣陡壁不斷崩塌。

5 結(jié)論

(1)安縣罐灘滑坡是基巖滑坡,其邊界特征明顯,具有典型的傾倒式滑坡特征,由“5.12”地震及暴雨誘發(fā)形成。

(2)罐灘滑坡位于漢旺倒轉(zhuǎn)向斜與大坪山背斜之間,距龍門(mén)山前山斷裂帶僅700 m,地質(zhì)構(gòu)造條件極為復(fù)雜,巖體破碎,所處自然斜坡為反傾斜坡,中部發(fā)育傾坡內(nèi)逆斷層,斷層下部為軟巖(泥巖),上部為硬巖(白云巖)。

(3)滑面主要由白云巖中長(zhǎng)大傾坡外結(jié)構(gòu)面組成,由坡頂貫穿至坡腳?；轮黧w未完全解體,大部分堆積于靠近河床的坡腳部位?；w前緣覆蓋于河床上方,略有隆起,巖層基本保留了原來(lái)的層序,但傾角發(fā)生明顯變化,表明該部位巖層發(fā)生了明顯的傾倒。

(4)滑坡的形成過(guò)程可分為3個(gè)階段:首先,在長(zhǎng)期地質(zhì)歷史時(shí)期,自然斜坡反傾層狀巖體產(chǎn)生壓縮-傾倒變形,在坡體后緣形成了一定的拉裂;在“5.12”地震的影響下,斜坡中的結(jié)構(gòu)面和后緣拉裂貫通形成控制性的滑動(dòng)面;最后在降雨及余震影響下,滑面中部貫通最終產(chǎn)生滑動(dòng)而形成堰塞湖。

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FAILUREM ECHANISM ANALYSISOF GUANTAN LANDSL IDE INDUCED BY WENCHUAN EARTHQUAKE

ZHAO Jian-jun,JU Neng-pan,L IGuo,HUANG Run-qiu
(State Key Labo ratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

Guantan landslide,located on the right side of the Jushui River,at Jushui tow n,An xian county,Sichuan Province,is generated in the laminated structure slope dipping inward w ith soft rock at the bottom.It is located in the bedding slope dipping inwards w ith soft rock at the bottom.Its volume is up to 4.68 million m3.The landslide is induced by the Wenchuan Earthquake and the sto rm,and occurred 8 hours after the Wenchuan Earthquake.Guantan landslide is located on the upper p late of the Jiangyou-Guanxian Fault.The o rientation of the slope is parallel to the fault w ith a distance of 400 meters.A branch of the Jiangyou-Guanxian Fault goes through the slope at the lower part,w hich fo rm s the boundary of dolomite rocks in the upper part and themudstone in the lower part.Acco rding to the engineering geological survey and analysis,the landslide is controlled by three factors:1)the structure of the slope w ith soft rock in the bottom and hard rock in the upper part is the basis of landslide,2)strong tectonic movements form crushed rock mass in the slope,and 3)heavy earthquakemotion and storm induced themovement of the landslide.Themechanism and p rocessof the landslide can be divided into three stages as follow s:1)the stage of comp ression and topp ling of the slope befo re the Wenchuan Earthquake,2)the stage of sliding surface developing,and 3)the stage of integralmovement of the landslide.The sliding mass composed a deposit dam,400 meters long along river,880 meters along the slope,and w ith a plain area of 18.2 thousand m2.And the Guantan barrier lake is fo rmed because of the dam blocking the Jushui River.

Wenchuan earthquake;Guantan landslide;failure Mechanism;slope dipping inward;comp ression and topp ling

P315;P642.22

:A

1006-4362(2010)02-0092-05

趙建軍(1980- ),男,博士,成都理工大學(xué)講師,地質(zhì)工程專業(yè)。

2010-03-26改回日期:2010-04-25

地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題資助(SKLGP2009Z013)