程 強(qiáng)，胡朝旭，楊緒波

(四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610041)

0 引言

山區(qū)地震常誘發(fā)大量地質(zhì)災(zāi)害，給順河谷布線公路造成嚴(yán)重?fù)p毀。2008年汶川8.0級地震，造成69.02 km公路路基被埋，47.2 km公路被堰塞湖淹沒，多座橋梁被砸毀[1]。2013年蘆山7.0級地震及2014年魯?shù)?.5級地震等發(fā)生于山區(qū)的地震災(zāi)害，均誘發(fā)河谷兩側(cè)邊坡大量崩滑災(zāi)害，致使順河谷布線公路嚴(yán)重受損[2-3]。汶川地震、蘆山地震、魯?shù)榈卣鹧芯烤砻?，高陡硬巖斜坡地段地震作用下更易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害[2-4]。

2017年8月8日四川省九寨溝縣發(fā)生7.0級地震，同樣位于深切峽谷山區(qū)，地震誘發(fā)公路沿線大量崩滑災(zāi)害，造成公路中斷。本文在震后公路沿線地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查基礎(chǔ)上，研究分析地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，并借鑒汶川及蘆山地震經(jīng)驗(yàn)，分析研究震后次生災(zāi)害主要形式和發(fā)展演化規(guī)律，為災(zāi)后公路保通和恢復(fù)重建提供參考。

1 九寨溝地震區(qū)概況

九寨溝地震區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜，主要有如下特征：

(1) 氣候復(fù)雜多變、植被茂密

地震區(qū)屬川西高原氣候中的暖溫帶，接近四川盆地的亞熱帶溫潤的氣候區(qū)中的盆地西部邊緣區(qū)，溫和偏冷，夏短冬長，垂直差異大。區(qū)內(nèi)弓杠嶺為岷江水系和涪江水系的分水嶺，在弓杠嶺-九寨溝沿線，多為原始林區(qū)，植被茂密。

(2) 地處高海拔深切峽谷山區(qū)，海拔高、高差大、邊坡陡

地震區(qū)屬高海拔區(qū)，九寨溝縣城海拔高度1 406 m，九寨溝口海拔1 996 m，川主寺海拔2 980 m，公路兩側(cè)山峰最高海拔多在4 000 m以上，河谷切割深度多在1 000 m以上，部分區(qū)域河谷兩側(cè)邊坡極為陡峻。

(3) 地層巖性復(fù)雜多變，川主寺-九寨溝沿線以硬質(zhì)灰?guī)r為主

地震區(qū)地層巖性復(fù)雜，出露地層繁多，川主寺至九寨溝公路沿線主要出露三疊系、二疊系、石炭系地層，以灰?guī)r為主。

(4) 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)內(nèi)活動斷裂發(fā)育

震區(qū)在構(gòu)造體系上位于摩天嶺東西向構(gòu)造與秦嶺東西向構(gòu)造之間，岷江南北向構(gòu)造帶以東地帶，其西、北、南均有明顯的斷裂帶，構(gòu)造復(fù)雜，屬新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈區(qū)，由一系列復(fù)背斜、復(fù)向斜構(gòu)成，形成了一系列北東向和南北向的構(gòu)造體系。

九寨溝地震震中是岷江斷裂、塔藏?cái)嗔?、虎牙斷裂、雪山梁子斷裂等活動斷裂圍閉的空震區(qū)，且余震展布與南側(cè)的虎牙斷裂北西向延伸方向一致(據(jù)中國地震局地質(zhì)所網(wǎng)站)。由于震級不是特別大、地形陡峭和植被茂密的限制，野外未觀測到地表破裂，文獻(xiàn)[5]通過利用地震前后兩期合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)對地表童真形變場進(jìn)行的InSAR測量，認(rèn)為控震構(gòu)造是巴顏喀拉地塊北緣邊界斷裂弧形旋轉(zhuǎn)體系的尾端構(gòu)造，發(fā)震斷層是該斷裂系中的塔藏?cái)嗔训哪隙巍?/p>

九寨溝地震震中位于東經(jīng)103.82°，北緯33.20°，震源深度約為20 km。地震最高烈度為Ⅸ度，Ⅷ度及以上區(qū)域面積約1 719 km2，地震區(qū)簡圖見圖1(參考文獻(xiàn)[6]繪制)。地震區(qū)公路中，地震烈度位于Ⅶ及以上區(qū)域的有S301線川主寺至九寨溝公路、上四寨至神仙池和九寨溝景區(qū)內(nèi)公路。

圖1 九寨溝地震區(qū)簡圖(參考文獻(xiàn)[6]繪制)Fig.1 Schematic diagram of Jiuzhaigou earthquake area(drawing by reference [6])①塔藏?cái)嗔眩虎卺航瓟嗔?；③雪山梁子斷裂?1)川主寺-九寨溝公路；(2)上四寨-神仙池公路；(3)九寨溝內(nèi)公路

2 公路沿線地質(zhì)災(zāi)害主要特征及規(guī)律

2.1 公路沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育概況

根據(jù)遙感解譯及調(diào)查研究，2017年8月8日九寨溝地震誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，主要分布在九寨溝溝谷兩側(cè)、白河河谷兩側(cè)(上四寨至關(guān)門子段為主)、上四寨至神仙池溝谷(靠近上四寨路段)右側(cè)。公路沿線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布情況見圖2。

圖2 公路沿線地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig.2 Distribution map of geological hazards along the highway注：圖中僅標(biāo)示了對公路構(gòu)成危害的災(zāi)害點(diǎn)

川主寺至九寨溝公路全長124.6 km。以弓杠嶺分水嶺為界，川主寺至弓杠嶺段順岷江河谷布線，公路兩側(cè)地形平緩，海拔均在3 000 m以上。弓杠嶺至九寨溝縣城段順白河河谷布線為深切峽谷地貌，兩側(cè)山峰海拔多在4 000 m以上。沿線地質(zhì)災(zāi)害以崩塌和滑坡災(zāi)害為主，公路沿線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布情況見圖2，各段地質(zhì)概況及災(zāi)害發(fā)育情況見表1。

由圖2及表1可以看出，沿線地質(zhì)災(zāi)害主要分布在關(guān)門子-上四寨路段，其中上四寨至九寨天堂段最為密集。全線對公路構(gòu)成危害的災(zāi)害點(diǎn)/群共29處，其中公路開挖邊坡地質(zhì)災(zāi)害8處(崩塌1處，滑坡7處)，高位自然斜坡地質(zhì)災(zāi)害20處(崩塌19處，滑坡1處)，路基滑坡1處。

九寨溝內(nèi)景區(qū)公路全長47.34 km，公路兩側(cè)均為深切峽谷地貌。沿線地質(zhì)災(zāi)害以公路開挖邊坡巖土體失穩(wěn)和高位崩塌災(zāi)害為主，公路沿線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)分布情況見圖2，各段地質(zhì)概況及災(zāi)害發(fā)育情況見表2。

由圖2及表2可以看出，公路沿線各段地質(zhì)災(zāi)害均有分布，五花海至箭竹海路段地質(zhì)災(zāi)害最為發(fā)育。公路沿線地質(zhì)災(zāi)害為開挖邊坡巖土體失穩(wěn)(共53處)，以及公路高位自然斜坡巖土體失穩(wěn)災(zāi)害(對公路構(gòu)成危害的共46處)。

2.2 公路沿線地質(zhì)災(zāi)害特征及規(guī)律

九寨溝地震誘發(fā)公路沿線地質(zhì)災(zāi)害，具有如下特征及規(guī)律：

表1 川主寺至九寨溝公路沿線地震地質(zhì)災(zāi)害概況

表2 九寨溝景區(qū)公路沿線地震地質(zhì)災(zāi)害概況

(1)地震地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在地震烈度Ⅷ度及以上區(qū)域

由圖2、表1和表2可以看出，川主寺至九寨溝公路及九寨溝景區(qū)公路沿線地震地質(zhì)災(zāi)害Ⅶ及以下區(qū)域僅14處，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在Ⅷ及以上區(qū)域。地質(zhì)災(zāi)害連續(xù)密集發(fā)育的段落主要集中在川主寺至九寨溝公路的上四寨至九寨天堂路段，以及九寨溝景區(qū)公路的五花海至箭竹海路段，地震烈度均為Ⅷ度。

(2) 高位巖體失穩(wěn)問題突出，危害巨大

九寨溝地震誘發(fā)河谷兩側(cè)高位巖土體失穩(wěn)問題突出，高位巖土體失穩(wěn)后，滾石沖擊能量大，給公路造成嚴(yán)重危害。

K53+430右側(cè)崩塌為典型高位崩塌災(zāi)害，災(zāi)害點(diǎn)照片及典型剖面見圖3。災(zāi)害點(diǎn)為折線形斜坡，坡體上部為高度約220 m灰?guī)r陡崖(石炭系岷河群厚-巨厚層狀灰?guī)r)，下部為崩坡積斜坡段，植被茂密。地震作用下誘發(fā)陡崖巖體失穩(wěn)，失穩(wěn)巖體運(yùn)動和堆積可劃分為2個(gè)區(qū)域。

圖3 典型高位崩塌災(zāi)害照片及剖面示意圖Fig.3 Picture and cross section diagram of typical high-position rock mass collapse

Ⅰ區(qū)：上部堆積區(qū)，巖體失穩(wěn)后主要堆積區(qū)，散落寬度約250 m，高度約150 m。主要為失穩(wěn)巖土體高位墜落后，順坡滾動，折斷樹木，前緣為樹木所攔擋。

Ⅱ區(qū)：中下部堆積區(qū)，巖體失穩(wěn)后，大部分塊碎石為坡面生長喬木所攔擋，部分塊石穿越下部喬木林，形成3個(gè)穿越槽，部分塊石堆積于平緩地段，最大塊石尺寸約4.2 m×3 m×2 m。

(3) 地震地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在陡斜坡段落

汶川地震及蘆山地震地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查表明，地震誘發(fā)崩滑災(zāi)害主要發(fā)生在40°以上的陡坡段[2,4]。本文對九寨溝地震調(diào)查也表明，地震誘發(fā)崩滑災(zāi)害失穩(wěn)區(qū)多發(fā)生在高陡斜坡中上部，邊坡頂部陡-緩交界部位。

根據(jù)圖2及表1、表2，川主寺至九寨溝公路的上四寨至九寨天堂路段，以及九寨溝景區(qū)公路的五花海至箭竹海路段，地震烈度雖為Ⅷ度，但地震誘發(fā)崩滑災(zāi)害的密度和規(guī)模均高于其它路段，主要原因在于這兩個(gè)路段溝谷狹窄、地面橫坡陡峻，無論是地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育程度還是對公路的危害，都高于其它路段。而上四寨至九寨溝溝口路段，由于邊坡坡度較緩且少見地貌突出部位，因此災(zāi)害較少。

圖4為九寨天堂至上四寨路段地震地質(zhì)災(zāi)害分布圖，由圖中可以看出，地震失穩(wěn)區(qū)主要分布在地面橫坡坡度39°及以上的區(qū)域。通過34條實(shí)測剖面統(tǒng)計(jì)，九寨溝地震區(qū)公路沿線地質(zhì)災(zāi)害失穩(wěn)區(qū)坡度在36°及以上的區(qū)域(圖5)。

圖4 九寨天堂至上四寨段地形坡度及崩滑災(zāi)害分布圖Fig.4 Distribution map of slope angles and landslides form Jiuzhai Tiantang to Shangsizhai

圖5 崩滑失穩(wěn)斜坡坡度統(tǒng)計(jì)圖Fig.5 Statistical graph of unstable slope gradient

(4)地質(zhì)災(zāi)害以中小型崩滑災(zāi)害為主，少見大型地質(zhì)災(zāi)害

公路沿線地震地質(zhì)災(zāi)害以中小型崩滑災(zāi)害為主，大型崩滑災(zāi)害點(diǎn)較少。圖6為K70+900～K71+600路段兩側(cè)崩滑災(zāi)害遙感影像圖，由圖中可以看出小型崩滑災(zāi)害成群分布的情況。規(guī)模最大的地質(zhì)災(zāi)害為新二拐滑坡(K69+360-600左側(cè))，估算體積2.6×105m3，其余單個(gè)失穩(wěn)區(qū)體積多為數(shù)百至數(shù)千立方米，單個(gè)災(zāi)害點(diǎn)上萬立方米的較少。

圖6 神仙池路段影像圖(K70+900～K71+600)Fig.6 Image of Shenxianchi section

(5) 邊坡巖體結(jié)構(gòu)起重要控制作用

九寨溝地震地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查表明，巖體結(jié)構(gòu)對地震作用下的邊坡失穩(wěn)破壞依然起重要控制作用，巖土體失穩(wěn)以順外傾結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)面切割巖體傾倒、墜落失穩(wěn)，風(fēng)化卸荷帶巖土體滑移失穩(wěn)為主。

(6) 林木對滾石攔擋效應(yīng)顯著

川主寺至九寨溝公路沿線植被茂密，尤其是喬木發(fā)育。斜坡中上部巖土體失穩(wěn)，順陡坡失穩(wěn)，多將陡坡段林木折斷，在下部緩坡段，形成明顯的林木攔擋區(qū)。有些邊坡大部分失穩(wěn)巖土體在緩坡段被林木攔擋，少量滾石穿越林木，滾動至溝床、公路附近。圖3(a)的中部可見顯著的樹木攔擋作用。

如上九寨溝地震地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查研究表明，地震地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在地震烈度為VIII及以上區(qū)域，高陡斜坡段落更易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，這與汶川地震、蘆山地震等山區(qū)地震地質(zhì)災(zāi)害特征研究成果[2-4,7-8]基本一致。

3 公路沿線震后次生地質(zhì)災(zāi)害分析預(yù)測

3.1 震后地質(zhì)環(huán)境主要變化

九寨溝地震后，地震災(zāi)區(qū)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定變化，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1) 坡面及坡腳堆積大量崩滑堆積物

地震誘發(fā)大量崩滑失穩(wěn)災(zāi)害，巖土體失穩(wěn)后，大部分墜落堆積于斜坡坡腳地帶，但也有一部分巖土體，堆積在斜坡地帶。堆積在斜坡地帶的巖土體，多成為后期坡面碎屑流、滾石及坡面泥石流災(zāi)害的物源。堆積于溝床上游坡腳的巖土體，成為溝谷泥石流的物源。

(2)邊坡中上部殘留拉裂變形巖土體、形成臨空面

邊坡巖土體失穩(wěn)后，在坡體上還殘留地震作用下拉裂變形的巖土體，這些巖土體在地震作用下變形、拉裂，但尚未失穩(wěn)，在后期余震、降雨作用下易失穩(wěn)，危害下方公路安全。

巖土體失穩(wěn)后，在后緣往往形成臨空面，臨空巖土體也容易進(jìn)一步失穩(wěn)變形。

(3) 大量植被損壞

在巖土體失穩(wěn)區(qū)，隨著巖土體的失穩(wěn)，植被隨之破壞，坡面巖土體裸露，易于風(fēng)化剝蝕，在溝槽上方，則容易產(chǎn)生溯源侵蝕。

在坡體中下部，大量植被被巖土體掩埋、斬?cái)唷?/p>

3.2 震后主要次生地質(zhì)災(zāi)害

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查研究并類比汶川地震、蘆山地震經(jīng)驗(yàn)，震后主要次生地質(zhì)災(zāi)害主要有如下幾種：

(1) 坡面滾石及碎屑流、泥石流

在斜坡上堆積的崩滑堆積物，以及地震造成的拉裂變形巖土體，在后期重力、余震等因素作用下，極易形成坡面碎屑流及滾石災(zāi)害，尤其是在降雨作用下，還將誘發(fā)坡面泥石流災(zāi)害，對下方公路造成危害。

(2) 溯源侵蝕

坡面溝槽中上部巖土體失穩(wěn)后，由于溝床縱坡較陡，極易產(chǎn)生溯源侵蝕，造成失穩(wěn)區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，致使震后次生滾石、泥石流災(zāi)害物源不斷增加。

(3) 泥石流

主要為前述的坡面泥石流，以及部分溝谷上方物源增加，形成溝谷泥石流災(zāi)害。

4 公路恢復(fù)重建對策

九寨溝地震區(qū)公路沿線高位崩滑災(zāi)害突出，在公路恢復(fù)重建中，應(yīng)針對不同類型和危害程度地質(zhì)災(zāi)害，并考慮公路功能和特點(diǎn)，應(yīng)采取不同的防治措施。對于川主寺至九寨溝公路：

(1) 高位崩滑災(zāi)害密集發(fā)育的狹窄峽谷路段，應(yīng)以繞避為主

如新二道拐-上四寨路段(圖4)，河谷極為狹窄，河谷兩側(cè)均發(fā)育大量崩滑災(zāi)害，后期坡面碎屑流、滾石及泥石流災(zāi)害，將造成公路被埋、河床淤高，難于防治，應(yīng)采取繞避措施。

(2) 高位崩塌災(zāi)害，應(yīng)采取棚洞等被動防護(hù)措施

對于高位崩塌災(zāi)害，由于災(zāi)害體位置高，主動加固實(shí)施困難且可靠性差，應(yīng)采取棚洞等被動防護(hù)結(jié)構(gòu)或采取避讓措施，例如圖3所示的災(zāi)害點(diǎn)。

(3) 一般邊坡災(zāi)害，采取主動加固措施

對于邊坡高度不大的崩滑災(zāi)害(主要為公路開挖邊坡地質(zhì)災(zāi)害)，可采取主動加固措施。

對于九寨溝景區(qū)公路，考慮景區(qū)公路的特殊性，可根據(jù)各路段災(zāi)害特點(diǎn)和發(fā)育程度進(jìn)行分期治理，景區(qū)分期開放：

(1)樹正溝段、則查洼溝段，以及日則溝的鏡海-五花海路段，通過災(zāi)害治理，可作為一期開放。公路開挖邊坡失穩(wěn)災(zāi)害由于規(guī)模及邊坡高度均不大，可采取主動加固措施處治。對于高位崩滑災(zāi)害，由于災(zāi)害密度、規(guī)模均不大，可采取被動防護(hù)與主動加固相結(jié)合的措施。

(2) 則查洼溝五花海-箭竹海路段，由于高位崩滑失穩(wěn)災(zāi)害密集發(fā)育、溝谷狹窄，災(zāi)害治理難度較大，可設(shè)置一定的自然修復(fù)期，期間可對災(zāi)害的發(fā)展演化進(jìn)行觀測研究，根據(jù)自然修復(fù)狀況決定該段及箭竹海至原始森林路段后續(xù)災(zāi)害治理和景區(qū)開放時(shí)間。

5 結(jié)語

(1) 九寨溝地震誘發(fā)公路沿線大量地質(zhì)災(zāi)害，調(diào)查研究表明，地質(zhì)災(zāi)害主要分布在VIII度及以上區(qū)域，災(zāi)害主要發(fā)生在高陡斜坡段落，坡度在36°以上的陡坡路段。地質(zhì)災(zāi)害以中小型崩滑災(zāi)害為主，樹木攔擋作用顯著。

(2) 九寨溝地震后，造成地震災(zāi)區(qū)地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生一定變化，坡面及坡腳堆積大量崩滑堆積物、邊坡中上部殘留拉裂變形巖土體并形成臨空面、大量植被損壞，是震后次生災(zāi)害發(fā)生的主要原因。震后次生地質(zhì)災(zāi)害主要有坡面滾石、溯源侵蝕、泥石流等。

(4) 震后地質(zhì)災(zāi)害的防治，應(yīng)根據(jù)不同災(zāi)害特點(diǎn)，采取繞避、主動加固、被動防護(hù)、自然修復(fù)等措施。