汶川地震崩滑災(zāi)害影響因素分析

程 強(qiáng)

（四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川 成都 610041）

0 引言

汶川地震區(qū)處于青藏高原東緣龍門山構(gòu)造帶，為四川盆地與青藏高原地貌過渡帶，發(fā)育龍門山前山斷裂、中央主斷裂和后山斷裂三條主干斷裂，地層巖性極為復(fù)雜多變。特殊的深切河谷地貌條件下，地震誘發(fā)大量崩滑災(zāi)害［1－3］。

汶川地震區(qū)地貌、構(gòu)造和巖性條件極為特殊和復(fù)雜，研究分析各種因素對地震崩滑災(zāi)害的影響，對于認(rèn)識崩滑災(zāi)害發(fā)生機(jī)理，提高高烈度地震山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的防御水平具有重要意義。震后已有多位學(xué)者對地震崩滑災(zāi)害的影響因素進(jìn)行了分析研究［4－6］，如王秀英等［4］研究表明地震誘發(fā)滑坡與峰值加速度之間存在非常明顯的正相關(guān)性。祁生文等［5］通過遙感解譯并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，研究分析了斜坡災(zāi)害與巖性、坡度、海拔等的關(guān)系。李秀珍等［6］通過47處滑坡的實際調(diào)查資料分析，得出了地震滑坡災(zāi)害的易滑坡度范圍、高程范圍及和巖性的關(guān)系等。

表1 研究區(qū)地貌分區(qū)及典型段落地震崩滑災(zāi)害Table1 Partitionoftopographyinstudyareaandtheseismicgeohazardsofthetypicalsection

汶川地震災(zāi)區(qū)縱橫交錯的公路網(wǎng)，為地震地質(zhì)災(zāi)害的研究提供了良好的觀察路線。本文研究在掌握汶川地震區(qū)國省干線以及典型縣鄉(xiāng)道路地震崩滑災(zāi)害調(diào)查資料基礎(chǔ)上，考慮地震烈度分區(qū)、地形地貌、地層巖性特點，選取典型段落，進(jìn)行災(zāi)害發(fā)育特征和災(zāi)害點密度、平均規(guī)模等統(tǒng)計分析，研究地震崩滑災(zāi)害與各種因素之間的關(guān)系。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境特征

汶川地震發(fā)生于青藏高原東緣龍門山構(gòu)造帶，地質(zhì)環(huán)境條件極為特殊和復(fù)雜。

在地形地貌上，龍門山構(gòu)造帶地處青藏高原東緣，為四川盆地和青藏高原的地貌過渡帶，在不到50km的范圍內(nèi)，地形高差達(dá)到5km以上［7］，形成了龍門山深切峽谷地貌條件，主要發(fā)育青衣江、岷江、沱江、涪江、白龍江等主要地表水系。圖1為區(qū)域地貌及水系圖。為了分析地震崩滑災(zāi)害與地形地貌的關(guān)系，將研究區(qū)劃分為5個地貌分區(qū)，各分區(qū)地貌及巖性特征見表1。

圖1 研究區(qū)地表水系及地貌分區(qū)圖Fig.1 Partitionoftopographyandsurface watersysteminstudyarea

區(qū)內(nèi)地層極為復(fù)雜，大致以洞水－北川－汶川－耿達(dá)一線為界，分屬揚(yáng)子地層區(qū)和巴彥喀拉－秦嶺地層區(qū)。為便于研究，根據(jù)地層分布情況，并考慮巖體工程特性，將研究區(qū)內(nèi)地層劃分為8個片區(qū)，詳見圖2。

圖2 汶川地震區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 GeologicaldiagramofWenchuanearthquakearea

龍門山構(gòu)造帶主要發(fā)育三條主干斷裂，分別為后山斷裂（茂縣－汶川斷裂、青川－平武斷裂），中央主斷裂（北川－映秀斷裂）和前山斷裂（安縣－灌縣斷裂、江油斷裂），如圖2所示。

表2 不同地震烈度分區(qū)典型段落地震崩滑災(zāi)害統(tǒng)計Table2 Seismiclandslidesandcollapsestatisticsoftypicalsectionsindifferentearthquakeintensityzoning

2 地震崩滑災(zāi)害影響因素分析

2.1 地震動峰值加速度

地震崩滑災(zāi)害是在地震動力條件誘發(fā)的斜坡失穩(wěn)現(xiàn)象，顯然地震動峰值加速度水平對地震崩滑災(zāi)害的發(fā)育具有重要影響。

本文研究統(tǒng)計了不同地震烈度區(qū)域地震崩滑災(zāi)害發(fā)育情況，以G213線都江堰－映秀－汶川－茂縣－川主寺公路為代表，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

由表2可以看出，在地震烈度為Ⅹ～Ⅺ度的映秀－草坡段，崩滑災(zāi)害的發(fā)育密度和規(guī)模，要明顯高于其它段落，在地震烈度小于Ⅶ度的區(qū)域，崩滑災(zāi)害的發(fā)育密度和平均規(guī)模明顯降低。但相同地震烈度水平下，不同地形地貌條件、地層巖性條件，以及不同的地質(zhì)構(gòu)造部位，地震崩滑災(zāi)害的發(fā)育有巨大的差異。

表3給出了龍門山構(gòu)造帶橫向上，典型段落地震崩滑災(zāi)害發(fā)育密度和平均規(guī)模的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，各路段地震烈度多在Ⅹ～Ⅺ之間，但由于地質(zhì)構(gòu)造條件不同，其災(zāi)害發(fā)育密度、規(guī)模有巨大的差異?？傮w上B1～B5所代表的中央主斷裂上盤至后山斷裂之間，崩滑災(zāi)害發(fā)育密度和水平要遠(yuǎn)高于中央主斷裂下盤至前山斷裂之間。而相同的地質(zhì)構(gòu)造條件，由于地貌和巖性的不同，災(zāi)害發(fā)育也有巨大差異，如 A－2清平 －棋盤石段，災(zāi)害發(fā)育密度、規(guī)模遠(yuǎn)高于其它段落。

表3 相同地震烈度分區(qū)典型段落地震崩滑災(zāi)害統(tǒng)計Table3 SeismiclandslidesandcollapsestatisticsoftypicalsectionsinThesamepartitionofseismicintensity

如上分析表明地震崩滑災(zāi)害的發(fā)育受地震烈度影響的同時，還與構(gòu)造部位、地層巖性、地形地貌、斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)等其它因素密切相關(guān)。

2.2 地形地貌及地層巖性

2.2.1 地貌分區(qū)及分區(qū)地震崩滑災(zāi)害統(tǒng)計

臨空面的存在是崩滑類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的基礎(chǔ)，在本文引言中已經(jīng)提及，汶川地震區(qū)在不到50km的范圍內(nèi)，地形高差達(dá)到5km以上，深切河谷形成大量高陡斜坡，為地震崩滑類地質(zhì)災(zāi)害提供了發(fā)育條件。

為便于分析災(zāi)害發(fā)育與區(qū)域地貌之間的關(guān)系，進(jìn)行了汶川地震區(qū)地貌分區(qū)，見圖1及表1。

由圖1及表1，可以看出區(qū)域地貌特征對崩滑災(zāi)害的總體發(fā)育具有重要影響，地貌分區(qū)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)是地面橫坡最陡峻，河谷分布最密集、切割深度最大的區(qū)域，也是地震崩滑災(zāi)害發(fā)育最為密集的區(qū)域。幾個地貌分區(qū)主要災(zāi)害發(fā)育情況如下：

（1）地貌分區(qū)Ⅰ區(qū)主要為元古代侵入巖體分布區(qū)，由中央主斷裂向上盤方向，不到20km的范圍內(nèi)，海拔高度由879m左右快速上升到3000～5000m，河谷下切及溯源侵蝕作用極為強(qiáng)烈，地面橫坡極為陡峻，該區(qū)域也是地震崩滑災(zāi)害發(fā)育最為密集的地區(qū)，災(zāi)害點平均密度在2處/km以上，平均規(guī)模在10×104m3/處以上。

（2）地貌分區(qū)Ⅱ區(qū)主要為灰?guī)r分布區(qū)，雖然高差不是很大，但受巖性影響，地面橫坡陡峻，多見陡崖等地貌突出部位，該區(qū)域是地震崩滑災(zāi)害密集發(fā)育區(qū)，尤其是發(fā)育很多大型崩滑災(zāi)害，如文家溝滑坡、小崗劍、一把刀崩塌、岳家山滑坡等。災(zāi)害點平均密度在1處/km以上，平均規(guī)模在10×104m3/處以上。

（3）地貌分區(qū)Ⅲ區(qū)主要為碎屑巖、灰?guī)r，多呈軟硬互層狀，處于中央主斷裂與前山斷裂之間，發(fā)育多處崩滑災(zāi)害，少見大型、特大型崩滑災(zāi)害。

（4）地貌分區(qū)Ⅳ ～Ⅴ區(qū)，海拔高度多在2000m以上，巖性以變質(zhì)巖為主，河谷分布密度明顯降低，切割深度明顯減小，崩滑災(zāi)害沿主要河谷兩側(cè)分布。

2.2.2 地震崩滑災(zāi)害與地層巖性關(guān)系

汶川地震災(zāi)區(qū)巖性復(fù)雜，為分析地震崩滑災(zāi)害與巖性的關(guān)系，將研究區(qū)巖性劃分為侵入巖、碳酸鹽巖（灰?guī)r、白云巖等硬質(zhì)巖）、碎屑巖、千枚巖類、砂板巖類等幾個大的巖性類別，各類巖性分布見圖2。在各類巖性中，選取典型路段（考慮地震烈度相接近）進(jìn)行崩滑災(zāi)害統(tǒng)計分析，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表4。由表4可以看出，侵入巖體和碳酸鹽巖類，其地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育密度和平均規(guī)模最高，砂板巖類次之，千枚巖類最低。

侵入巖體、灰?guī)r、白云巖等堅硬巖，多為崩滑災(zāi)害高發(fā)區(qū)，原因之一在于此類巖性容易形成高陡斜坡，且多地貌突出部位，高陡斜坡地震放大效應(yīng)顯著；原因之二在于此類地層巖性均勻，地震波傳播速度快且能量損耗低，地震能量絕大部分消耗在斜坡中上部及突出部位，造成斜坡巖土體的大規(guī)模破壞。

而軟硬互層巖體及軟巖體，一方面地面橫坡相對較緩、少見突出部位，地形放大作用不是很強(qiáng)烈；另一方面地震波傳播速度相對較低，尤其是其間的軟弱夾層、軟弱帶等，對地震波能量具有很大的耗散作用，傳至斜坡地表能量相對較低。

將表5統(tǒng)計數(shù)據(jù)的侵入巖體平均，并與各類巖石強(qiáng)度指標(biāo)經(jīng)驗值對應(yīng)，制作巖石抗壓強(qiáng)度經(jīng)驗值（x）與災(zāi)害發(fā)育密度 ×災(zāi)害平均規(guī)模（y）關(guān)系曲線（圖3），由圖3可以看出，各類巖體巖石抗壓強(qiáng)度指標(biāo)與災(zāi)害發(fā)育有很好的相關(guān)性，其線性關(guān)系為y=－84139+5761.7x。

表4 不同巖性代表性段落地震地質(zhì)災(zāi)害對比表Table4 Seismicgeo-hazardscomparison tableofdifferentlithology

如上地形地貌和地層巖性對地震崩滑災(zāi)害的影響，實質(zhì)上是斜坡地震動力響應(yīng)特征的反映。堅硬巖容易形成高陡斜坡、且多見地貌突出部位，導(dǎo)致斜坡上部地震動放大效應(yīng)顯著，因而更容易誘發(fā)巖土體失穩(wěn)破壞。

表3中，G213線映秀 －草坡段和都江堰 －映秀段同樣為Ⅹ～Ⅺ度區(qū)域，但前者為硬質(zhì)巖區(qū)，河谷相對高差大且岸坡陡峻，崩滑災(zāi)害密度和災(zāi)害點平均規(guī)模遠(yuǎn)高于后者。

圖3 各類巖體強(qiáng)度經(jīng)驗值與災(zāi)害發(fā)育密度×災(zāi)害平均規(guī)模關(guān)系曲線Fig.3 Relationshipcurveoftherockmassstrength empiricalvalueandtheproductvalueof developingdensityandaveragescale

2.3 斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)對崩滑災(zāi)害發(fā)育的影響

谷德振、孫廣忠等人的研究［8－9］奠定了巖體結(jié)構(gòu)問題研究的基礎(chǔ)，指出巖體結(jié)構(gòu)是控制巖體變形破壞的基礎(chǔ)，并進(jìn)行了巖體結(jié)構(gòu)類型的劃分，分為整體塊狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)4個大類。上述巖體結(jié)構(gòu)的研究和分類，是基于巖體重力失穩(wěn)條件下的。在動力條件下，巖體結(jié)構(gòu)是否為控制邊坡巖體變形破壞的重要因素，是值得研究的問題。

本文進(jìn)行的大量調(diào)查研究表明，在動力條件下，斜坡巖體結(jié)構(gòu)特征依然是控制斜坡變形破壞的主要因素，從研究斜坡動力失穩(wěn)角度，進(jìn)行巖體結(jié)構(gòu)類型劃分及各類坡體結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)模式（表5）。

與常規(guī)巖體結(jié)構(gòu)類型劃分最大的不同，在于汶川地震區(qū)土層及強(qiáng)風(fēng)化層——基巖二元結(jié)構(gòu)斜坡，是地震災(zāi)區(qū)最為普遍、失穩(wěn)數(shù)量最多的斜坡坡體結(jié)構(gòu)類型。由于汶川地震區(qū)地處深切峽谷區(qū)，地面橫坡陡峻，在長期重力、降雨作用下，斜坡中上部多發(fā)育厚度不大的覆蓋土層，以及強(qiáng)風(fēng)化、卸荷松動巖體，而這部分巖土體又多處于斜坡中上部，地震力作用下最容易失穩(wěn)破壞，形成大量的“山扒皮”破壞現(xiàn)象。

與其它區(qū)域不同，汶川地震區(qū)河谷兩側(cè)發(fā)育大量的河流、冰水、泥石流堆積漂卵石層，由于河流下切作用，前緣多陡坎，這些堆積層多處于中密－密實狀態(tài)，力學(xué)性質(zhì)較好，地震力作用下多處于穩(wěn)定狀態(tài)，破壞模式仍以陡坡上部的滑移破壞為主，僅在茂縣－松潘段見多處滑坡災(zāi)害。

同時，很多斜坡中下部為震前崩坡積層，沒有受到開挖擾動及前緣河流沖刷的堆積層邊坡，多處于穩(wěn)定狀態(tài)，而人工開挖、河流沖刷邊坡，多在斜坡中上部產(chǎn)生淺層破壞，整體滑移變形的較為少見。

表5 動力失穩(wěn)條件下斜坡巖體結(jié)構(gòu)類型Table5 Slopegeologicstructureunderthedynamiccondition

2.4 崩滑災(zāi)害影響因素的綜合分析

根據(jù)本文如上分析，實際上地震崩滑災(zāi)害的發(fā)育主要控制因素有三個，即斜坡巖體結(jié)構(gòu)、場地地震動峰值加速度水平以及斜坡動力響應(yīng)特征。

斜坡巖體結(jié)構(gòu)，在地震動力條件下，依然控制了斜坡巖土體的變形破壞邊界和變形破壞模式，只不過在動力條件下，其破壞范圍、破壞形式與重力、降雨作用下顯著不同。

地震動峰值加速度，當(dāng)然是決定地震地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的決定性因素。但在山區(qū)河谷地貌條件下，斜坡動力響應(yīng)特征起到了更為重要的控制作用，堅硬巖體容易形成高陡斜坡和地貌突出部位，地震力作用下放大作用強(qiáng)烈，則極易造成上部巖土體失穩(wěn)破壞。

3 結(jié)論

（1）總體上，地震峰值加速度越高，地震崩滑災(zāi)害越發(fā)育，但在相同的地震峰值加速度水平下，不同的地形地貌條件、地層巖性條件，地震崩滑災(zāi)害的發(fā)育有巨大的差異。

（2）地形地貌和地層巖性對地震崩滑災(zāi)害發(fā)育有重要影響，陡坡硬巖段為地震崩滑災(zāi)害高發(fā)區(qū)。

（3）在動力條件下，斜坡巖體結(jié)構(gòu)特征依然是控制斜坡變形破壞的主要因素，從研究斜坡動力失穩(wěn)角度，提出了巖體結(jié)構(gòu)類型的劃分，分為土層及強(qiáng)風(fēng)化層——基巖二元結(jié)構(gòu)、塊狀結(jié)構(gòu)、層狀及似層狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、土層等5個大類12個亞類。

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