四川康定Ms6.3級地震次生地質(zhì)災(zāi)害特征及成災(zāi)模式

曹水合，王運(yùn)生，賀建先

(1.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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610059;2.四川省地礦局九一五地質(zhì)隊(duì)，四川眉山 620000)

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)，北京時間2014年11月22日16時55分、2014年11月25日23時19，在四川省甘孜藏族自治州康定縣發(fā)生6.3與5.8級地震(以下簡稱康定Ms6.3級地震)，震中距康定縣城約30 km，距成都市約230 km。成都、德陽、樂山等地都有明顯震感。

圖1 康定地區(qū)中強(qiáng)震震中分布［6］及Ms6.3地震次生地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig．1 Distribution of strong earthquake epicenter in Kangding area and co-seismic geohazards distribution caused by Ms6.3 earthquake

2014年11月19日，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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包括作者在內(nèi)的6名科研人員在瀘定進(jìn)行斜坡地震動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工作，11月22日16時55分6.3級地震后，鑒于強(qiáng)震后常常誘發(fā)大量的次生山地災(zāi)害［1-5］，工作組迅速對康定姑咱地區(qū)進(jìn)行了地震次生地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，并于次日(11月23日)對震中康定塔公鄉(xiāng)重災(zāi)區(qū)進(jìn)行了重點(diǎn)排查;另一方面，及時通過多渠道收集地震災(zāi)區(qū)地形和地質(zhì)資料，并對距離震中較近的冷竹關(guān)地震監(jiān)測數(shù)據(jù)處理分析，為震區(qū)地震地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急搶險提供了寶貴的第一手基礎(chǔ)資料。筆者在野外地震次生災(zāi)害調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析了本次地震產(chǎn)生的次生災(zāi)害特征及成因，初步總結(jié)了本次地震次生災(zāi)害成災(zāi)模式，并提出山區(qū)公路規(guī)劃建議。

1 發(fā)震斷裂帶

據(jù)中國地震臺網(wǎng)公布的震中位置(圖1)，康定地震震中位于鮮水河活動斷裂帶。該斷裂帶位于川滇菱形斷塊北東邊界斷裂的北段，是川青與川滇塊體的分界線，也是“九龍斷塊”的東北邊界，東邊大致起自四川境內(nèi)的貢嘎山東緣、川滇南北帶西緣的石棉縣田灣一帶，向北西經(jīng)磨西、康定、乾寧，再過道孚、爐霍、甘孜和馬尼干戈，止于青海的玉樹，全長近700 km;在平面上總體呈向北東微凸的弧形，其中石棉-康定段走向?yàn)楸?0°～15°西，康定-爐霍段走向北西偏至北30°～40°西，甘孜 -玉樹段走向約為北60°西［6-7］。

鮮水河斷裂帶是一條第四紀(jì)以來活動強(qiáng)烈的斷裂帶。沿該斷裂帶地震活動具有頻度高、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，成為我國內(nèi)陸重要的強(qiáng)震發(fā)生帶之一。據(jù)記載該帶自1725年以來共發(fā)生過5級以上的破壞性地震36次，其中6級以上地震13次，7級以上地震6次［8］。楊永林等通過多個跨斷層形變場地20余年的測量資料研究表明斷裂帶正向閉鎖的趨勢演化，北西段和南東段的閉鎖存在較大差異，而南東段斷層仍處于能量持續(xù)累積的高應(yīng)力狀態(tài)［9］。

2 地震次生地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

2.1 災(zāi)害分布特征

康定地震次生地質(zhì)災(zāi)害以帶狀小規(guī)模崩塌為主，規(guī)模數(shù)十至數(shù)百方不等;一些覆蓋層較厚的凸出斜坡及公路路基有震裂裂縫出現(xiàn)(圖2a);在新都橋-塔公沿線小型滑坡出現(xiàn)(圖2b)，但未見大規(guī)模滑坡;在塔公-江巴-康定段沿鮮水河斷裂帶崩塌災(zāi)害分布較為密集(圖1)。

圖2 路基開裂和開挖邊坡滑塌Fig．2 Roadbed cracking and collapse of excavation slope

崩塌空間分布特征:①沿塔公-江巴-康定段鮮水河斷裂帶成零星帶狀分布，該段斷裂地貌成北西向槽谷，上盤為兩河口組康定雜巖組成的高原地貌，下盤為侏倭組、貢嘎巖漿巖組成的中高山深切河谷，下盤比上盤陡峻，槽谷兩側(cè)斜坡均為地震崩塌分布;②零星崩塌或滑塌(圖3)，覆蓋層斜坡震裂現(xiàn)象以瓦斯溝與大渡河交匯處大渡河右岸Ⅱ～Ⅲ階地卵礫石土層斜坡為典型，發(fā)生大面積垮塌(圖4);在斜坡中上部與坡向一致的延伸十余米的拉裂縫，裂縫約10 cm，垂直位錯5 cm;路基外側(cè)邊坡在地震中震裂較多(圖5)。

圖3 崩坡積岸坡崩塌和基巖岸坡崩塌Fig．3 Rockfall of loose－colluvial deposit and rockfall of bedrock slope

圖4 地震發(fā)生時沖洪積層邊坡垮塌Fig．4 Collapse of pluvial alluvial sediments slope in the earthquake

圖5 土質(zhì)岸坡震裂崩塌Fig．5 Collapse of soil slope

剖面上崩塌體主要分布于峽谷谷坡中上部、坡緣部位或三面臨空的山嘴部位，受風(fēng)化卸荷及受三組結(jié)構(gòu)面控制的楔形體(圖6a)，在峽谷谷坡中部由于工程開挖或河流侵蝕形成的倒懸體也易形成崩塌(圖6b)。

圖6 楔形體崩塌受控結(jié)構(gòu)面和工程開挖倒懸體崩塌Fig．6 Rock’s structure plane of rockfall and rock fall of overhanging bedrock

2.2 災(zāi)害類型與成災(zāi)模式

本次調(diào)查崩塌共計22處，其中土質(zhì)崩塌居多，共17處，占崩塌總數(shù)的77.3%;均為小型崩塌，無大中型崩塌;崩塌危巖體的結(jié)構(gòu)特征以散體結(jié)構(gòu)為主，占20處;按穩(wěn)定性評價，目前處于不穩(wěn)定的有2處，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)的占20處，詳細(xì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 崩塌分類統(tǒng)計表Table 1 Collapse sorted statistics

在野外調(diào)查基礎(chǔ)上，對該區(qū)域內(nèi)次生災(zāi)害發(fā)育規(guī)律特征進(jìn)行分析，按照岸坡類型劃分總結(jié)得到3種公路岸坡破壞模式［10-11］:

(1)陡傾巖質(zhì)邊坡-崩塌

在深切河谷地區(qū)，由于公路修建坡腳開挖，多形成陡坡或反坡地形，在坡腳部位常常表現(xiàn)為“凹腔”或“倒懸體”(圖6b)，導(dǎo)致上部巖體處于懸空狀態(tài)，為上部巖體的進(jìn)一步破壞提供了有利條件。這類邊坡突出來的巖體上通常發(fā)育有垂向的構(gòu)造節(jié)理、風(fēng)化節(jié)理，拉應(yīng)力集中在尚未產(chǎn)生節(jié)理裂隙的部位，當(dāng)拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，拉裂縫就會迅速沿節(jié)理面擴(kuò)展［12］，突出的巖體就會突然向下崩落形成拉裂式崩塌［13］，而地震時的豎向加速度加速了拉裂式崩塌的發(fā)生。

在堅硬巖質(zhì)邊坡表層，通常發(fā)育多組卸荷節(jié)理面和層理面［14］，這些軟弱面切割形成的楔形槽(圖6a)，當(dāng)滑動面上的剪切應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度，這些楔形體沿外傾的軟弱面產(chǎn)生滑移，當(dāng)塊體重心滑出坡外即發(fā)生滑移式崩塌，地震波水平向加速度是危巖體下滑的重要誘發(fā)因素。此外，強(qiáng)震作用后，沿這些構(gòu)造面斜坡上產(chǎn)生更多的震裂巖體，在后期外界條件下，尤其是結(jié)構(gòu)面平行臨空面的地段更易發(fā)生滑移式崩塌［15］。

(2)土質(zhì)邊坡-垮塌

自然狀況下，崩坡積體斜坡坡度一般在30°～50°之間，以硬塑狀含亞黏土和中密狀含黏性土塊碎石為主，崩坡積層厚一般在1～20 m。強(qiáng)震作用下破壞表現(xiàn)形式為表層局部破壞，后部垮塌覆蓋。在無支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)的地段危險較為嚴(yán)重，崩塌堆積體直接覆蓋下部公路(圖3a)。

由粗(塊碎石)到細(xì)(弱膠結(jié)或無膠結(jié)粗砂、中砂)的坡洪積層，天然狀況下膠結(jié)良好，但由于開挖邊坡，加之強(qiáng)震作用下易于失穩(wěn)垮塌(圖4)。

(3)土質(zhì)邊坡-震裂崩塌

由巖石經(jīng)風(fēng)化作用形成的堆積于平緩的山坡或坡腳的殘坡積土層，從本質(zhì)上是一種非均質(zhì)材料，但其力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系卻呈現(xiàn)出明顯的連續(xù)介質(zhì)材料特性，與黃土頗為相似，常常發(fā)育隱性垂直節(jié)理［16-17］。被垂直節(jié)理切割的板狀、柱狀土體在靜水壓力、重力等作用下沿底部發(fā)生轉(zhuǎn)動形成拉裂-傾倒式崩塌(圖5)。強(qiáng)震時地震波水平向加速度是其主要誘發(fā)因素。

2.3 次生災(zāi)害的危害

康定地震次生地質(zhì)災(zāi)害的主要危害表現(xiàn)在以下幾個方面:峽谷段崩塌阻塞交通、中斷通訊系統(tǒng);陡坡上部危巖失穩(wěn)，巨石滾落砸毀坡腳房屋;路基、房屋震動開裂。

(1)峽谷段崩塌造成交通阻塞、通訊設(shè)施暫時性中斷

地震中，瀘定-丹巴S211省道位于大渡河深切峽谷段，陡峻岸坡崩塌造成該段公路阻塞并引發(fā)交通事故，同時沿線鋪設(shè)的通訊電纜、輸電線也因地震動臨時性中斷。

(2)巨石砸毀民房

康定縣大河溝村一座村民房屋建于陡峻斜坡坡腳，在強(qiáng)震作用下崩落巨石往往呈拋射運(yùn)動［18］，動能更大，破壞力更大，對距坡腳較遠(yuǎn)的房屋也造成破壞，當(dāng)時無人居住并未造成人員傷亡(圖7a)。

(3)路基、房屋震動開裂

部分公路路段路基在地震中路基出現(xiàn)下沉，路面開裂、破壞，在一定程度上影響其通行能力與使用壽命;在斷裂帶震中附近的塔公鄉(xiāng)居民房屋大部分為漿砌石結(jié)構(gòu)，垮塌、震裂現(xiàn)象較為普遍(圖7b、c)，特別是震中沐雅祖慶學(xué)校房屋開裂嚴(yán)重，校舍樓頂外墻垮塌嚴(yán)重(圖7d)。

圖7 次生災(zāi)害的危害Fig．7 Damage of secondang disasters

3 災(zāi)害成因分析

天然狀況下，斜坡巖土體的穩(wěn)定性主要受到巖土體內(nèi)原始應(yīng)力狀態(tài)、坡形、巖土體特性與結(jié)構(gòu)的影響［19］。在強(qiáng)震作用下，邊坡的變形破壞程度、特征以及穩(wěn)定性不僅受巖體性質(zhì)、高程、微地貌、結(jié)構(gòu)面等地質(zhì)因素控制，還與地震波的類型、加載方向、頻率、振幅有關(guān)［20］;且強(qiáng)震中的體波形成的拉-剪破裂效應(yīng)和楔劈效應(yīng)，面波效應(yīng)產(chǎn)生的坡體表面鼓脹拉力和扭力的作用，二者共同作用是坡體發(fā)生破壞的重要力學(xué)因素［21］;地形條件是地震誘發(fā)斜坡次生災(zāi)害的主要影響因素，地震波豐富的波長成分與地形尺寸耦合作用產(chǎn)生的斜坡地形放大效應(yīng)加劇坡體損傷或失穩(wěn)破壞［22-23］。

康定地處四川盆地西緣山地和青藏高原的過渡地帶，為高原峽谷區(qū)，雅礱江由北向南深切而過，切深2500 m以上，地形反差大，峽谷林立，多形成陡直臨空面、孤立山嘴，為崩塌、滑坡等災(zāi)害的發(fā)生提供了良好的地形條件。此外，深切峽谷斜坡坡體中上部多存在不連續(xù)界面(如基覆界面、強(qiáng)卸荷帶、弱卸荷帶等)，局部地段邊坡失穩(wěn)嚴(yán)重。加之該區(qū)處于活動日趨強(qiáng)烈的鮮水河斷裂帶，頻繁的地震活動加劇了斜坡巖體結(jié)構(gòu)疲勞損壞。因此，一旦發(fā)生地震，該區(qū)域深切河谷的高陡邊坡公路沿線、長期構(gòu)造侵蝕作用下形成的孤立山嘴等地方極易形成崩塌。

4 結(jié)論與建議

通過康定地震災(zāi)區(qū)現(xiàn)場調(diào)查，初步掌握了康定地震次生地質(zhì)災(zāi)害的總體發(fā)育特征:(1)康定地震地質(zhì)災(zāi)害以小型崩塌為主，零星分布在發(fā)震斷裂附近及震區(qū)峽谷帶，以陡峻岸坡凸出部位居多，主要危害交通、管線及居民房屋;(2)滑坡基本不發(fā)育，少見小規(guī)模土質(zhì)滑塌且影響范圍有限;(3)峽谷帶潛在不穩(wěn)定土質(zhì)斜坡的凸出部位出現(xiàn)拉裂縫;(4)由于災(zāi)區(qū)建筑多為漿砌石結(jié)構(gòu)，震級雖不大卻出現(xiàn)較多房屋開裂、垮塌現(xiàn)象。

建議在對主要災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)一步調(diào)查的基礎(chǔ)上，對崩塌源區(qū)穩(wěn)定性較差的危巖體采取排危及被動防護(hù)網(wǎng)的防治措施;對災(zāi)區(qū)以后房屋建設(shè)應(yīng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);考慮到地震波的斜坡地形放大效應(yīng)，建議山區(qū)公路規(guī)劃盡可能避免陡立谷坡中上部、突出山嘴等部位，宜采用橋隧工程通過。

致謝: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)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科斜坡地震動監(jiān)測科研人員賀建先、高原、何源、赫子皓等，在地震后第一時間趕赴災(zāi)區(qū)收集野外資料，在此一并表示感謝。

［1］黃潤秋.汶川地震地質(zhì)災(zāi)害研究［M］.科學(xué)出版社，2009.HUANG Runqiu.Wenchuan earthquake geological disaster research［M］.Science Press，2009.

［2］黃潤秋，王運(yùn)生，裴向軍，等.4·20蘆山Ms7.0級地震地質(zhì)災(zāi)害特征［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報，2013，48(4):581-589.HUANG Runqiu，WANG Yunsheng，PEI Xiangjun，et al.Characteristics of co-seismic landslides triggered by the Lushan Ms7.0 earthquake on the 20th of April，Sichuan province，China［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，2013，48(4):581-589.

［3］王運(yùn)生，全清，羅永紅，等.四川蘆山M_s 7.0級地震的地質(zhì)環(huán)境影響分析［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2013，35(2):92-98.WANG Yunsheng，QUAN Qing，LUO Yonghong，et al.Geological environmental influence of Lushan Ms7.0 earthquake in Sichuan［J］.Journal of Earth Sciences and Environment.2013，35(2):92-98.

［4］黃潤秋，李為樂.“5.12”汶川大地震觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，12:2585-2592.HUANG Runqiun， LI Weile. Research on development and distribution rulesofgeohazards induced by Wenchuan earthquake on 12th May，2008［J］. ChineseJournalofRock Mechanicsand Engineering，2008(12):2585-2592.

［5］王贊軍，黨光明，田勤儉.昆侖山口西8.1級地震的崩塌發(fā)育特點(diǎn)［J］.中國地震，2003(2):56-63.WANG Zanjun，DANG Guangming，TIAN Qinjian.Characteristics of collapse during the western Kunlunshan pass earthquake with Ms8.1［J］.Earthquake Research in China，2003(2):56-63.

［6］四川省地震局.鮮水河斷裂帶地震學(xué)術(shù)討論會文集［C］.北京:地震出版社，1985.Sichuan Seismological Bureau.Earthquake conference proceedings of Xianshuihe fault zone［C］.Beijing:Seismological Press.1985.

［7］徐天德.鮮水河斷裂帶研究進(jìn)展［J］.四川地質(zhì)學(xué)報，2009(S2):65-69.XU Tiande. Advancesin the research intothe Xianshuihe fracture zone［J］. Acta Geologica Sichuan，2009(S2):65-69.

［8］唐榮昌，黃祖智.鮮水河斷裂帶的地震地質(zhì)基本特征及其研究現(xiàn)狀［J］.國際地震動態(tài)，1983(3):1-4+32-33.TANG Rongchang，HUANG Zuzhi. The basic characteristics and research status of Xianshuihe fault zone［J］.Recent Developments In World Seismology，1983(3):1-4+32-33.

［9］楊永林，蘇琴.鮮水河斷裂帶現(xiàn)今活動特征研究［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2007(6):22-27.YANG Yonglin，SU Qin.Research on present activity characteristics of Xianshuihe fault zone［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2007(6):22-27.

［10］蘇生瑞，李松，王孝建.震后公路邊坡崩塌災(zāi)害分類研究［J］.公路，2012(4):58-64.SU Shengrui， LI Song， WANG Xiaojian.Classification of post-earthquake rockfalls of highway slopes［J］.Highway，2012(4):58-64.

［11］蔡長發(fā)，陳廷方，成華雄，等.九環(huán)公路(平武段)崩塌地質(zhì)災(zāi)害特征與成因分析［J］.西南科技大學(xué)學(xué)報，2012(4):58-64.CAI Changfa，CHEN Yanfang，CHENG Huaxiong，et al.The characteristic and cause analysis of collapse geological hazards of Jiuhuan road(Pingwu area)［J］.Journal of Southwest University of Science and Technology，2012(4):58-64.

［12］袁志輝，陳志新，倪萬魁，等.傾倒式巖質(zhì)崩塌運(yùn)動過程數(shù)值模擬分析［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2014，25(2):26-31.YUAN Zhihui，CHEN Zhixin，NI WAankui，et al.Numericalanalysis ofthe movementprocess of toppling fall［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2014，25(2):26-31.

［13］王根龍，伍法權(quán)，祁生文.懸臂-拉裂式崩塌破壞機(jī)制研究［J］.巖土力學(xué)，2012(S2):269-274.WANG Genlong， WU Faquan， QIShengwen.Research on failure mechanisms for cantilever and tension crack-type collapse［J］. Rock and Soil Mechanics，2012(S2):269-274.

［14］胡廣韜.基巖崩塌的工程地質(zhì)分析［J］.地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，1986(2):62-70.HU Guangtao. The engineering analysis:about rockfall of bedrock［J］.Journal of Earth Science and the Environment，1986(2):62-70.

［15］甘建軍，黃潤秋，范崇榮，等.都江堰-汶川公路邊坡地震破壞模式研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2011(3):59-65.GAN Jianjun，HUANG Runqiu，F(xiàn)AN Chongrong，et al.A study of the slope failure along the Dujiangyan to Wenchuan Highway after the Wenchuan earthquake［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2011(3):59-65.

［16］葉萬軍，王鵬，楊更社，等.黃土崩塌的形成因素及其影響范圍的確定方法［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2013(6):920-925.YE Wanjun，WANG Peng，YANG Gengshe，et al.Formative factors of loess collapse and method for determining its influence range［J］.Journalof Engineering Geology，2013(6):920-925.

［17］王根龍，張茂省，蘇天明，等.黃土崩塌破壞模式及離散元數(shù)值模擬分析［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2011(4):541-549.WANG Genlong，ZHANG Maosheng，SU Tianming，et al.Collapse failure modes and dem numerical simulation for loess slopes［J］.Journal of Engineering Geology，2011(4):541-549.

［18］蔡紅剛，裴向軍，吳景華，等.強(qiáng)震拋射型崩塌滾石運(yùn)動特征研究［J］.長春工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011(3):1-4+20.CAI Honggang，PEI Xiangjun，WU Jinghua，et al.Research on the movement features of rock fall by strong earthquake projection type collapse ［J］.J.Changchun Inst.Tech.(Nat.Sci.Edi.)，2011(3):1-4+20.

［19］張倬元，王士天，王蘭生，等.工程地質(zhì)分析原理［M］.科學(xué)出版社，2009.ZHANG Zhuoyuan， WANG Shitian， WANG Lansheng，et al.Principle of Engineering Geology Analysis［M］.Science Press，2009.

［20］鄒威，許強(qiáng)，劉漢香，等.強(qiáng)震作用下層狀巖質(zhì)斜坡破壞的大型振動臺試驗(yàn)研究［J］.地震工程與工程振動，2011(4):143-149.ZOU Wei，XU Qiang，LIU Hanxiang，et al.Largescale shaking table model test study on failure of layered rocky slope under strong ground motion［J］.Earthquake Engineering and Engineering Vibration，2011(4):143-149.

［21］馮文凱，黃潤秋，許強(qiáng)，等.震裂斜坡形成機(jī)理及變形破壞模式研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009(6):42-48.FENG Wenkai，HUANG Runqiu，XU Qiang，et al.Study on formation mechanism and deformation failure models ofshatterslopes［J］. Hydrogeology ＆Engineering Geology，2009(6):42-48.

［22］羅永紅，王運(yùn)生.汶川地震誘發(fā)山地斜坡震動的地形放大效應(yīng)［J］.山地學(xué)報，2013(2):200-210.LUO Yonghong，WANG Yunsheng.Mountain slope ground motion topography amplification effect induced by Wenchuan earthquake［J］.Journal of Mountain Science，2013(2):200-210.

［23］Luo Y，Gaudio V D，Huang R，et al.Evidence of hillslope directional amplification from accelerometer recordings at Qiaozhuang(Sichuan-China)［J］.Engineering Geology，2014:193-207.