（京都大學(xué)防災(zāi)研究所，日本京都611-0011）

（京都大學(xué)防災(zāi)研究所，日本京都611-0011）

為了進(jìn)一步探明大型深層滑坡發(fā)生機(jī)制，對(duì)今后發(fā)生潛在大型深層滑坡區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過對(duì)比分析近年來亞洲地區(qū)發(fā)生的多起大型深層滑坡，從誘發(fā)大型深層滑坡的地震與降雨兩個(gè)主要方面，分析了特殊地層巖性在化學(xué)風(fēng)化作用影響下與多種坡體結(jié)構(gòu)在重力作用影響下的深層滑坡特征，以及降雨對(duì)于該類滑坡的形成所具有的促進(jìn)作用.研究結(jié)果表明，對(duì)于由地震作用誘發(fā)的深層滑坡，應(yīng)主要根據(jù)不同巖石種類的化學(xué)風(fēng)化情況、深層滑坡形成的力學(xué)演化機(jī)制以及先行降雨對(duì)地震滑坡潛在位置進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)于由降雨誘發(fā)的深層滑坡，應(yīng)主要根據(jù)重力邊坡變形與內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地形特征對(duì)深層滑坡發(fā)生位置進(jìn)行預(yù)測(cè).

降雨；地震；重力變形；深層滑坡

滑坡災(zāi)害常受到巖石地質(zhì)條件變化的影響.如：2014年廣島暴雨引起的淺層滑坡和泥石流，其中巖石的巖性是風(fēng)化花崗巖；2013年伊豆大島暴雨引起的淺層滑坡和泥石流，其巖性是年代較新的火山灰.由于這些巖石的地質(zhì)特征，決定了這些地方不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性的深層滑坡.相反，2011年，塔拉斯臺(tái)風(fēng)在日本西部紀(jì)伊山脈誘發(fā)了很多災(zāi)難性深層滑坡，因?yàn)樵摰貐^(qū)的白堊紀(jì)增生雜巖帶非?？赡苄纬纱笮蜕顚踊?

本文所討論的大型深層滑坡是指高速碎屑滑坡［1］或巖石、巖屑崩落等.這些滑坡受到深層地質(zhì)構(gòu)造的影響，有別于近地表土體或碎屑組成的淺層滑坡.為了減輕這種由大型深層滑坡引起的災(zāi)害，需對(duì)它們的潛在位置進(jìn)行預(yù)測(cè).然而目前這種方法尚未建立，因此，本文總結(jié)了大型深層滑坡帶來的災(zāi)害及其發(fā)生地點(diǎn)的預(yù)測(cè)方法.

1 大型深層滑坡帶來的災(zāi)害

大型深層滑坡帶來的災(zāi)害主要有巖石的相互撞擊、由滑坡壩引起的上游洪水泛濫、潰決時(shí)引發(fā)下游洪災(zāi)以及鐵路、公路生命線中斷等.

巖石塊的相互撞擊將摧毀大多數(shù)的人工建筑，但是，救援人員可能通過搜尋堆積體的特定部分找到被困人員，這些部分在運(yùn)動(dòng)過程中并未與其他滑體完全混合，即使完全壓碎仍能保持其在原有坡體的相對(duì)位置.1999年，在臺(tái)灣省集集地震引起的草嶺和九份二山滑坡中，滑體頂部的建筑在滑坡后仍然處在堆積體的頂部位置，這使得屋內(nèi)人員雖有受傷但還是得以幸存.

深層滑坡是大量巖石或碎屑的滑動(dòng)，這些堆積物常形成滑坡壩，從而導(dǎo)致上游被淹沒；當(dāng)滑坡壩潰決時(shí)，下游將產(chǎn)生洪水災(zāi)害.為了應(yīng)對(duì)這種洪水災(zāi)害，需要對(duì)滑坡壩的形成進(jìn)行監(jiān)測(cè).該工作可通過監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡震動(dòng)的探測(cè)［2-3］，然而，由于地震本身造成的影響，由地震引起的滑坡可能無(wú)法通過地震數(shù)據(jù)來進(jìn)行探測(cè).由滑坡壩潰決引起最為嚴(yán)重的一次滑坡災(zāi)害，是1933年8月25日下午3點(diǎn)50分發(fā)生在四川省疊溪的7.5級(jí)地震，該地震誘發(fā)了大型巖質(zhì)滑坡并形成了滑坡壩，震后45天滑坡壩潰決，引發(fā)了洪水并造成20 000人死亡.在一次大暴雨或強(qiáng)地震中，深層滑坡可能發(fā)生在很多地方，并摧毀公路，鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施，如2008年中國(guó)汶川地震和2011年日本塔拉斯臺(tái)風(fēng).

通常大型深層滑坡的移動(dòng)速度超過100 km/h，并且滑動(dòng)距離很遠(yuǎn).如1984年長(zhǎng)野縣西部地震引起的御岳山滑坡，8分鐘內(nèi)移動(dòng)距離約10 km［4］.滑坡的運(yùn)動(dòng)性可通過等效摩擦因數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)（等效摩擦因數(shù)是滑坡高度和水平長(zhǎng)度的比值）.等效摩擦因數(shù)隨滑坡體積的增大而減小.值得注意的是，火山碎屑堆積滑坡的等效摩擦因數(shù)比其他類的滑坡要小的多，如圖1所示［5］.從圖1可看到，火山碎屑滑坡點(diǎn)遠(yuǎn)低于其他滑坡線.

圖1 等效摩擦因數(shù)與滑坡體積之間的關(guān)系Fig.1 Equivalent coefficient of friction and landslide volumes

2 大型深層滑坡潛在位置預(yù)測(cè)

2.1 地震引發(fā)的滑坡

最近的地震，如2011年日本地震、2009年印度巴東地震、2008年中國(guó)汶川地震、2008年日本巖手宮城地震、2005年巴基斯坦地震，以及2004年日本新瀉地震都有利于幫助我們了解地震誘發(fā)災(zāi)害性深層滑坡發(fā)生的地點(diǎn)和原因，這些滑坡通常發(fā)生在巖體化學(xué)風(fēng)化和重力變形過程到達(dá)或接近閾值時(shí)，且先于地震誘發(fā)災(zāi)難性破壞.

2.1.1 化學(xué)風(fēng)化誘發(fā)的滑坡

（1）火山碎屑堆積體

在很多國(guó)家，地震誘發(fā)的滑坡常發(fā)生在火山碎屑堆積的緩傾邊坡［5-6］，如表1［7］.這些滑坡極易滑動(dòng)，但不會(huì)發(fā)生在陡傾斜坡上，因?yàn)榛鹕剿樾级逊e形成的邊坡傾角小于其休止角.導(dǎo)致這種滑坡最基本的因素是坡面與層面平行，深部強(qiáng)風(fēng)化巖層以及坡腳削坡.滑動(dòng)面往往含有黏土質(zhì)火山灰或浮石基底，黏土礦物埃洛石也常出現(xiàn)在其中.滑坡可能發(fā)生的地點(diǎn)可以根據(jù)火成巖地層進(jìn)行預(yù)測(cè)，由表1所列案例顯示該特殊地層層位可成為滑動(dòng)面區(qū)域.富含埃洛石的土體可能具有在抗地震震動(dòng)過程中表現(xiàn)薄弱的特性，但還需要進(jìn)一步研究［7］.

最近由地震引起的大型火山碎屑滑坡是發(fā)生于2016年2月16日日本阿蘇地區(qū)的熊本地震.該地震震級(jí)為7.3級(jí)，矩震級(jí)7.0級(jí)，如圖2所示（照片來自國(guó)際航業(yè)公司和PASCO公司）.該滑坡造成5人死亡，具有最大深度10 m和滑動(dòng)面沿浮石基礎(chǔ)分布的特征.

表1 地震誘發(fā)大型火山碎屑堆積層滑坡列表Tab.1 A list of earthquake-induced catastrophic landslides of pyroclastic fall deposits

圖2 2016年日本熊本地震引發(fā)火山碎屑堆積層滑坡Fig.2 A landslide of pyroclastic fall deposits induced by the 2016 Kumamoto earthquake，in Japan

（2）碳酸鹽巖

碳酸鹽巖易被地下水所含碳酸溶解，從而形成諸如洞穴、落水洞等地貌.2008年汶川地震引發(fā)大量碳酸鹽巖滑坡［8-9］，其中有許多滑坡發(fā)生在具有良好成層性的碳酸鹽巖斜坡上.這些滑坡的滑動(dòng)面沿層理面發(fā)育，滑動(dòng)面通常表現(xiàn)為具有漣漪狀洼地和破裂狀突出體的粗糙表面，其中洼地是由碳酸鹽溶解形成，斷裂的突出體是在上覆滑動(dòng)巖體和下部巖體接觸面形成［10］，斷裂突出是在發(fā)生上覆蓋滑動(dòng)巖石和巖石下方之間的接觸部分.地下水沿層面流動(dòng)溶解碳酸鹽，減小了上部滑動(dòng)巖體與下部巖體的接觸面積，這些接觸面最終被地震動(dòng)破壞.與之相對(duì)，孔隙空間的增大可疏導(dǎo)地下水，因此在雨季孔隙水壓力不太可能形成.在2005年喀什米爾地震中，許多地區(qū)也誘發(fā)了不少大型碳酸鹽巖滑坡［11］.

2.1.2 力學(xué)機(jī)制

大型地震滑坡的前期力學(xué)醞釀通常表現(xiàn)為滑坡發(fā)生前的深層重力邊坡變形，這種變形在許多滑坡之前發(fā)生.前期的重力邊坡變形對(duì)地震引起大型滑坡的破壞包括幾種特定的類型，見表2［5］.九份二山滑坡在滑坡前的凸形坡上已出現(xiàn)縱彎褶皺（見表2中B結(jié)構(gòu)），該邊坡的變形在地形上表現(xiàn)出線性凹陷和階梯.縱彎褶皺常出現(xiàn)在緩傾順層邊坡，當(dāng)縱彎褶皺發(fā)生于褶皺下翼倒轉(zhuǎn)部位時(shí)，縱彎褶皺可顯著地降低邊坡的穩(wěn)定性，原因是當(dāng)褶皺下翼破壞時(shí)，整個(gè)邊坡在坡腳處將失去支撐.

緩傾順層邊坡中一種特殊類型是支撐型構(gòu)造.該類型位于坡腳的基底并支持著上部坡體，有可能是地震誘發(fā)滑坡的發(fā)生地（見表2中Bt結(jié)構(gòu)）.一個(gè)著名的案例是1959年美國(guó)赫布根湖地震引發(fā)的麥迪遜滑坡［12］.

中陡傾順層邊坡可能易于發(fā)生平流滑動(dòng)（見表2中OC結(jié)構(gòu)），形成線狀凹地或上傾陡坡. 1999年集集地震中的草嶺滑坡就是該類型，在地震前存在中陡傾順層邊坡，線狀凹陷并有沿其方向凹陷的趨勢(shì).

由地震頻繁誘發(fā)的另一類型滑坡是古滑坡的復(fù)活.這種古滑坡從山谷一側(cè)穿越河流與對(duì)側(cè)坡體相撞，然后受到河流侵蝕發(fā)生底部切割（見表2中的CU結(jié)構(gòu)）.由于上部物質(zhì)支撐的移除，造成滑體不穩(wěn)定而復(fù)活，這種類型的滑坡在2004年日本新瀉地震中很多地方均有發(fā)生［14］.

表2 地震誘發(fā)各種由不同特殊地質(zhì)構(gòu)造和先期地貌所形成的巖石的滑坡列表Tab.2 A list of earthquake-induced landslides of various rocks with special references to geologic structures and precursory landforms

2.1.3 前期降雨

因?yàn)榈叵滤痪€能通過正孔隙水壓力增加或減少影響土體的基質(zhì)吸力，所以地震前的降雨（先行降雨）對(duì)滑坡發(fā)生具有顯著性影響.2004年日本新瀉地震誘發(fā)了100起超過105m3的滑坡［23］，但是2007年諾托半島和2007年新瀉地震誘發(fā)的滑坡卻很少，盡管這兩次地震具有相似的地質(zhì)和地貌條件和相近的地震強(qiáng)度.根據(jù)滑坡發(fā)生中所觀察的區(qū)別已做過相關(guān)報(bào)道［24］，2004年地震前三天內(nèi)有超過100 mm的降雨，但是另外兩個(gè)地震前的降雨量要小得多.

前期降雨也對(duì)那些火山碎屑堆積體滑坡的發(fā)生有著極大的影響.根據(jù)日本氣象廳報(bào)道，2011年日本東北地震在廣泛區(qū)域引起了大于6級(jí)的震動(dòng)，但所觸發(fā)的由火山碎屑堆積體形成的滑坡卻少于10個(gè).對(duì)比誘發(fā)火山碎屑滑坡地震的前10天、30天和60天的降雨量（表2所示）可以發(fā)現(xiàn)，2011年日本東北地震具有在這3個(gè)周期降雨量最少的特征.前期降雨對(duì)地震誘發(fā)滑坡的影響在新西蘭也有過報(bào)道［24］.

如上所述，當(dāng)基于歷史數(shù)據(jù)繪制滑坡災(zāi)害圖時(shí)，前期降雨對(duì)滑坡發(fā)生的影響必須予以考慮，因?yàn)檎鹎暗挠炅看笮?huì)影響地震滑坡的形式和數(shù)量.震前降雨的評(píng)價(jià)周期必須依賴于地質(zhì)條件進(jìn)行原因分析，例如風(fēng)化的火山碎屑物質(zhì)比砂類物質(zhì)持水時(shí)間更長(zhǎng)，因此，在關(guān)于滑坡地質(zhì)災(zāi)害繪圖中，當(dāng)評(píng)價(jià)前期降雨和地震的影響時(shí)，長(zhǎng)期的時(shí)間效應(yīng)需考慮進(jìn)去，而對(duì)于地震運(yùn)動(dòng)活躍地區(qū)若出現(xiàn)短時(shí)間范圍內(nèi)的集中降雨，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)降雨與邊坡變形的監(jiān)測(cè).同時(shí)，由于地震預(yù)測(cè)相當(dāng)困難，這也為及時(shí)預(yù)測(cè)潛在深層滑坡區(qū)先行降雨帶來了一定的難度.

2.2 降雨誘發(fā)深層大型滑坡

2011年臺(tái)風(fēng)塔拉斯襲擊了日本西部紀(jì)伊山并引起了約70個(gè)大型深層滑坡［15］，通過使用滑坡前后高分辨率LiDAR數(shù)據(jù)，分析了降雨誘發(fā)的大型深層滑坡的位置特征.這是滑坡事件發(fā)生前第一份具體的地形特征研究，發(fā)現(xiàn)重力邊坡變形早在許多深層大型滑坡前已經(jīng)出現(xiàn).

基于日本2005年彩蝶和2011年塔拉斯臺(tái)風(fēng)引起的深層大型滑坡調(diào)查［15，18］，本文總結(jié)了重力邊坡變形與內(nèi)部地質(zhì)結(jié)構(gòu)的地形特征，其示意圖如圖3（修改于文獻(xiàn)［25］）所示.

圖3 地形地貌和地質(zhì)結(jié)構(gòu)說明重力斜坡變形對(duì)暴雨影響非常敏感Fig.3 Topographic features and geologic structures showing gravitational slope deformations that are very susceptible to heavy rainstorms

從圖3（a）中可以看出，緩傾順層邊坡圓點(diǎn)狀和不規(guī)則狀的邊坡表面表示為重力邊坡變形，變形區(qū)域的一部分在脫離周圍變形后快速下滑，小型的后緣陡坡和坡腳破壞可以預(yù)示為大型破壞前的不穩(wěn)定體.在重力變形邊坡坡腳出現(xiàn)的較大破壞也是潛在的大型不穩(wěn)定體.

從圖3（b）中可以看出：在平行邊坡，陡傾順向坡或緩傾順向坡中發(fā)生的重力邊坡變形具有較大的后緣陡坡或山脊頂部凹陷；在陡傾順向坡或平行斜坡，基底具有典型向坡下彎曲的形態(tài)；當(dāng)縱彎褶皺不斷發(fā)育并在坡腳處產(chǎn)生破壞時(shí)，整個(gè)邊坡將變得不穩(wěn)定；對(duì)于緩傾順層邊坡，后緣陡坡或脊頂凹地的較大位移顯示出一個(gè)成熟滑動(dòng)區(qū)域的形成，該區(qū)域可能持續(xù)緩慢的穩(wěn)定滑動(dòng)，而非大型破壞，當(dāng)坡腳失效時(shí)可能引起整個(gè)邊坡的破壞.

從圖3（c）中可以看出，面向上坡方向的陡坡和山脊頂部的洼地可能是由彎曲傾倒作用形成，其中強(qiáng)烈變形區(qū)發(fā)生在軸向位置，該類型滑動(dòng)不會(huì)在變形早期階段發(fā)生.隨著變形進(jìn)一步發(fā)展，軸向變形部分可轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)帶從而使得整個(gè)邊坡下滑，此時(shí)邊坡表面可形成連續(xù)性小型陡坡，在變形邊坡坡腳處的小型破壞將使得邊坡發(fā)生失穩(wěn).

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過大型深層滑坡引起的災(zāi)害概況綜述以及該類滑坡地質(zhì)地貌特征評(píng)價(jià)，可為災(zāi)害圖繪制提供基礎(chǔ)資料.淺層滑坡發(fā)生的潛在位置通常很難識(shí)別，是因?yàn)榈叵聵?gòu)造和巖土體性質(zhì)變化較大.比較起來，深層滑坡基于一些具體的地質(zhì)地貌特征，在很多案例中是可以預(yù)測(cè)的.近期對(duì)深層滑坡的研究表明，除了火山碎屑堆積體和一些碳酸鹽巖地區(qū)由地震作用誘發(fā)的滑坡，這類滑坡通常在前期有重力邊坡變形.然而，在火山碎屑堆積體中由地震誘發(fā)的滑坡通過火山層序以及風(fēng)化情況調(diào)查，在確認(rèn)滑動(dòng)物質(zhì)或相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面后可以進(jìn)行預(yù)測(cè).其他在前期具有重力邊坡變形的災(zāi)難性滑坡，通過地形特征分析也可以進(jìn)行預(yù)測(cè).

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大型深層滑坡災(zāi)害及其預(yù)測(cè)

千木良雅弘

Disasters Caused by Deep-Seated Catastrophic Landslides and Prediction of Their Potential Sites

CHIGIRA Masahiro
（Disaster Prevention Research Institute，Kyoto University，Kyoto 611-0011，Japan）

In order to understand the mechanism of deep-seated catastrophic landslides and make prediction of their potential sites，some typical deep-seated catastrophic landslides occurred in Asia were analyzed comparatively.From the aspects of two landslide-inducing factors，earthquake and rainfall，the characteristics of landslides prepared by chemical weathering processes and gravitational deformation were analyzed.Rainfall plays a significant role in the occurrence of deep-seated catastrophic landslides.The results show that for the earthquake-induced catastrophic landslides，the potential site can be predicted by considering the chemical weathering of different kinds of rocks，mechanical preparation and antecedent rainfall；for the rain-induced catastrophic landslides，the topographic features of gravity slope deformation and the geological structures can be used for prediction.

rainfall；earthquake；gravitational deformation；deep-seated catastrophic landslide

0258-2724（2016）05-0981-07

10.3969/j.issn.0258-2724.2016.05.022

P512.1；P642.22

A

2016-06-17

千木良雅弘（1955—），男，教授，研究方向?yàn)閹r石風(fēng)化及其工程特性評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害及防治工程，E-mail：chigira@slope.dpri. kyoto-u.ac.jp

千木良雅弘.大型深層滑坡災(zāi)害及其預(yù)測(cè)［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，51（5）：981-986，994

（中文編輯：唐 晴 英文編輯：周 堯）