宋亞兵， 胡桂勝， 賀 拿， 李睿琪， 陳寧生， 倪化勇

(1.中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所， 成都 610041； 2.河南理工大學(xué)土木工程學(xué)院， 焦作 454000；3.昆明理工大學(xué)公共安全與應(yīng)急管理學(xué)院， 昆明 650093； 4.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心， 成都 610081)

2020年6月17日凌晨3點(diǎn)20分左右四川省丹巴縣半扇門鄉(xiāng)梅龍溝發(fā)生特大泥石流災(zāi)害，泥石流沖刷掏蝕阿娘寨老滑坡坡腳造成滑坡體前緣塌落形成堰塞壩，當(dāng)日晚10點(diǎn)堰塞壩自然潰決泄流。此次災(zāi)害導(dǎo)致2人死亡，10人受傷，7 788人受災(zāi)，多處房屋受損嚴(yán)重，境內(nèi)G350線路路基損毀約7.7 km，耕地受損約718畝(1畝≈666.667m2)，農(nóng)作物受損約2 700畝，林業(yè)受損約990畝，梅龍水電站被毀。

近年來，大型滑坡體堵江事件頻發(fā)，滑坡堵江形成堰塞壩，堰塞湖回水和堰塞壩潰決嚴(yán)重著上下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。2000年4月9日20時(shí)5分西藏自治區(qū)波密縣易貢鄉(xiāng)扎木弄溝發(fā)生巨型山體崩塌-滑坡，不僅沖毀淤埋了3.0 km的簡易公路，而且堵塞易貢藏布2.0 km，威脅到周邊4 000多人的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成1.4億元的經(jīng)濟(jì)損失[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，汶川“5.12”地震引發(fā)了大量的崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，而且核心區(qū)內(nèi)形成了104處滑坡堵江形成的堰塞湖，具有堵塞規(guī)模大和潛在危害高等特征，以北川縣唐家山大型滑坡堵江堰塞湖為典型代表[2]。2018年10月10日和11月3日西藏自治區(qū)江達(dá)縣白格村連續(xù)發(fā)生了兩次高位山地滑坡，滑坡碎屑體堵塞金沙江，形成堰塞湖，嚴(yán)重威脅著上下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全[3]。鑒于堰塞壩潰決后形成的巨大災(zāi)害[4-5]，中國學(xué)者進(jìn)行了大量研究。柴賀軍等[6]調(diào)查搜集了中國147起滑坡堵江事件(截至1995年)，并分析了其主要危害和誘發(fā)因素。許沖等[7]對汶川地震引發(fā)的次生滑坡災(zāi)害的研究成果進(jìn)行了總結(jié)和評述。趙高文等[8]和蔣先剛等[9]采用水槽試驗(yàn)研究了不同條件下堰塞壩的潰決特征。夏式偉[10]采用三維數(shù)值模擬研究了西藏易貢滑坡的運(yùn)動(dòng)過程特征和堰塞壩潰決后的演進(jìn)過程特征。

阿娘寨老滑坡體由于梅龍溝泥石流沖刷淘蝕坡腳導(dǎo)致老滑坡體復(fù)活，其是否會(huì)持續(xù)下滑堵塞小金川河形成堰塞壩威脅上下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全？帶著這個(gè)問題，通過災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查、無人機(jī)航拍和模型計(jì)算等方法，并基于該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境和氣象條件的分析，揭示阿娘寨滑坡體變形特征和成因，在此基礎(chǔ)上預(yù)測滑坡發(fā)展趨勢，以期為該地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)提供理論依據(jù)。

1 研究背景

1.1 區(qū)域概況

研究區(qū)位于四川省西部高山峽谷區(qū)，甘孜藏族自治州東部，大渡河上游。地理坐標(biāo)為102°01′52.47″E、30°59′01.66″N，氣候?qū)儆诒眮啛釒Ц珊岛庸葰夂颍蓾窦竟?jié)分明，垂直分帶明顯，且處于北風(fēng)河谷地帶，降水較少(圖1)。地處大雪山東麓邛崍山西坡，屬于岷山、邛崍高山區(qū)，位于中國第一階梯向第二階梯過渡地帶，系典型高山峽谷地貌。區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜，地勢變化多端，相對高差懸殊，主要出露泥盆系下新統(tǒng)磽磧組淺灰色絹云石千枚巖，薄-中層結(jié)晶灰?guī)r、炭質(zhì)千枚巖成段間互層。

圖1 阿娘寨村滑坡位置圖

該區(qū)地處青藏滇緬印尼“歹”字型構(gòu)造，川滇南北構(gòu)造與小金-金湯弧形構(gòu)造和復(fù)合部位。地質(zhì)歷史時(shí)期漫長而復(fù)雜，造山運(yùn)動(dòng)、變質(zhì)作用和巖漿噴出活動(dòng)強(qiáng)烈，構(gòu)造行跡以北西向?yàn)橹?，根?jù)區(qū)內(nèi)各主要構(gòu)造形跡展布方向、結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合沉積構(gòu)造和巖漿活動(dòng)將其劃歸以上三大體系，分別為南北向構(gòu)造、北西向構(gòu)造和北東向構(gòu)造。區(qū)內(nèi)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害具有明顯的控制作用，尤其是南北向和北西向構(gòu)造。

1.2 災(zāi)害特征

2020年6月17日凌晨3點(diǎn)20分左右受強(qiáng)降雨影響梅龍溝突發(fā)泥石流，高濃度黏性泥石流攜帶大量泥沙石塊沖刷阿娘寨老滑坡坡腳，造成滑坡體前緣塌落，形成堰塞湖，河水回流造成上游部分村莊被淹，人員被困。該泥石流流域總面積達(dá)63.28 km2，主溝長約10.7 km，縱比降約為253‰，流域最高海拔4 760 m，溝口海拔2 130 m，流域最大高差約2 650 m。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由泥石流引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)62處，其中滑坡災(zāi)害25處，泥石流災(zāi)害17處，崩塌災(zāi)害19處，威脅著3 630人的生命和20 820萬元財(cái)產(chǎn)。在泥石流引發(fā)的災(zāi)害鏈中阿娘寨滑坡、墨爾多鎮(zhèn)基卡依村擁紹三家寨滑坡及紅五月村青杠坡滑坡具有堵塞小金川形成堰塞壩的風(fēng)險(xiǎn)，其中阿娘寨滑坡可能造成的危害更大。

阿娘寨滑坡體位于丹巴縣半扇門鄉(xiāng)阿娘寨村，滑坡后緣的干海子匯水面積大，地下水發(fā)育，滑坡前緣為小金川河凹岸，坡腳易受河流沖刷，距梅龍溝泥石流溝口約98 m。

2 阿娘寨滑坡體基本特征

阿娘寨滑坡是由泥石流沖刷掏蝕坡腳導(dǎo)致的老滑坡體復(fù)活，主滑方向323°～329°。根據(jù)滑坡變形特征和縱向地層結(jié)構(gòu)差異，將滑坡體分為兩層四區(qū)域(圖2、圖3)，滑坡體局部變形差異顯著。

圖2 滑坡體縱剖面圖

圖3 滑坡體平面區(qū)域特征

2.1 滑坡區(qū)地形地貌及邊界特征

阿娘寨滑坡體呈馬蹄形狀，縱向長約692 m，橫向?qū)捈s505 m，平均厚度約15 m，經(jīng)估算滑坡方量約49萬m3?；麦w后緣為干海子，高程約2 620 m，匯水面積大，地下水發(fā)育。坡體前緣為小金川河，坡腳順河向長約200 m，高程約為2 136 m，坡緣距坡腳高約72 m?；麦w上層堆積物含大量的川西黃土，容易形成易滑土體，厚度可達(dá)20 m；下部黑灰色巖層在顏色和結(jié)構(gòu)上具有基巖特征，為強(qiáng)分化基巖(圖2)。坡體左邊界基巖出露，巖性為絹云石千枚巖,產(chǎn)狀：351°∠60°；右邊界為阿娘寨村，受滑坡災(zāi)害影響危險(xiǎn)區(qū)村民已全部搬遷。

泥石流引發(fā)的阿娘寨滑坡是巖質(zhì)滑坡還是土質(zhì)滑坡，其判定結(jié)果直接影響滑坡體下滑后堆積體堵河形成堰塞體的形態(tài)特征和防災(zāi)減災(zāi)措施的實(shí)施。通過現(xiàn)場調(diào)查、無人機(jī)航拍和監(jiān)測數(shù)據(jù)推測該滑坡為土質(zhì)滑坡，判斷依據(jù)有以下幾個(gè)方面。

(1)崩坡積物和強(qiáng)分化基巖接觸面有鹽霜出露。鹽霜是含礦物質(zhì)的地下水流出地表后，由于大氣壓降低和溫度升高導(dǎo)致礦物質(zhì)結(jié)晶析出的現(xiàn)象。故推測崩坡積物下部為剪出口?；麦w前緣崩坡積物滑動(dòng)帶動(dòng)強(qiáng)風(fēng)化基巖塌落形成坡腳堆積物(堰塞壩)，造成了基巖滑動(dòng)的假象，如圖4(a)所示。

圖4 滑坡體前緣特征

(2)根據(jù)河流左岸和右岸出露基巖產(chǎn)狀均為351°∠60°，推測滑坡體下覆基巖的巖層產(chǎn)狀為351°∠60°，坡向和基巖傾角夾角為91°，屬于斜內(nèi)坡，發(fā)生基巖滑動(dòng)的可能性較低，如圖4(a)所示。

(3)現(xiàn)場實(shí)拍影像表明，滑坡舌崩坡積物不斷滑落時(shí)，下覆基巖沒有滑動(dòng)，如圖4(b)所示。

(4)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，滑坡體前緣和后緣的變形量相差太大，造成這種差異的原因是滑坡體后緣土下滑后在坡體前緣堆積，造成了滑坡體局部位移增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象為滑坡土體的“累計(jì)-觸發(fā)效應(yīng)”[11]。

2.2 滑坡體變形監(jiān)測

由于泥石流災(zāi)害鏈導(dǎo)致通信和道路設(shè)施中段，故滑坡體的前期監(jiān)測主要以人工監(jiān)測為主，共布置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別布置在滑坡體右邊界強(qiáng)變形區(qū)和滑坡后壁(圖3)。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形量不斷增加，變形速率呈現(xiàn)一個(gè)波動(dòng)狀態(tài)，各個(gè)點(diǎn)位的變化過程大致一樣，變形速率幾乎同增同減。截至6月21日8時(shí)，3號(hào)點(diǎn)(滑坡后壁)的累計(jì)變形量最大，變形速率也始終處于上下波動(dòng)的水平，無較大的差異，1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)監(jiān)測位置接近，變形量和變形速率幾乎處于同一水平(圖5)。6月21日19時(shí)左右3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的變形量和變形速率急劇增加，通過監(jiān)測降雨量變化特征(圖6)，此時(shí)為當(dāng)天最大降雨量為3.2 mm/h，同時(shí)對比滑坡后一段時(shí)間內(nèi)滑坡體變形量和變形速率，分析表明降雨量對滑坡體的變形具有明顯的促進(jìn)作用。自6月21日之后，由于某種原因造成監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失，3號(hào)點(diǎn)位累計(jì)變形量減小，變速速率為-1 mm/h，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能監(jiān)測誤差，推測該點(diǎn)已停止變形，1號(hào)點(diǎn)位處于穩(wěn)定變形階段，變形速率為6.3 mm/h，仍處于強(qiáng)變形階段，由于1號(hào)點(diǎn)和2號(hào)點(diǎn)檢測位置接近，故推測2號(hào)點(diǎn)位處于穩(wěn)定變形階段(圖5)。

圖5 人工監(jiān)測變形

圖6 滑坡后降雨量(丹巴縣)

后期監(jiān)測由四川省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局402地質(zhì)隊(duì)等單位采用雨量計(jì)、全站儀、邊坡雷達(dá)、GNSS和測縫計(jì)等設(shè)備完成。截至6月29日，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：滑坡前緣不斷塌落變形，累計(jì)位移不斷增大，最大位移達(dá)9.6 m，是滑坡體變形最大區(qū)域，其變形速率逐漸減小，具有趨于穩(wěn)定變化的趨勢。滑坡舌滑落堆積導(dǎo)致坡腳位移增大，最大位移量達(dá)12.4 m。坡體上游拉裂區(qū)持續(xù)勻速變形，累計(jì)最大水平位移達(dá)10.49 m，其與中間膨脹區(qū)交界變化差異直接導(dǎo)致道路被剪斷，如圖7(a)所示。中間膨脹區(qū)邊界表現(xiàn)為較強(qiáng)下沉，最大垂直位移達(dá)8.51 m，中部由于滑動(dòng)土體在坡體中前緣堆積，導(dǎo)致局部位移升高，累計(jì)垂直位移2.6 m。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，初步確定滑坡體上游拉裂區(qū)、中間膨脹區(qū)和前緣滑塌區(qū)為強(qiáng)變形區(qū)，變形速率不斷減小，推測無重大地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)和降水條件下，滑坡體會(huì)逐漸變形后漸趨于平衡。

圖7 滑坡體變形特征

2.3 滑坡體變形特征

阿娘寨滑坡體坡腳由于受人類活動(dòng)(修建公路形成切坡)的影響破壞了滑坡的穩(wěn)定性，使滑坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合遙感影像和現(xiàn)場調(diào)訪，滑坡體受2008年汶川地震影響，滑坡后緣已有明顯陡坎。降水和泥石流使得滑坡體啟動(dòng)后，滑坡體表現(xiàn)活躍，整個(gè)滑坡邊界裸露，前緣不斷塌落，左右邊界與原始地層錯(cuò)斷顯著。

由于泥石流沖刷坡腳導(dǎo)致滑坡前緣塌落，滑坡體而形成了以牽引為主的滑移模式?；掳l(fā)生后，滑坡體存在大量由于土體失去側(cè)向支撐而形成的牽引式裂縫，滑坡體中部由于變形不一致導(dǎo)致路段破損嚴(yán)重，局部變形差異大，如圖7(a)所示?；抡w啟動(dòng)后，滑坡體的滑移模式由以牽引為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐郧盃亢笸?、以推為主的滑移模式?/p>

前緣牽引導(dǎo)致滑坡體因失去側(cè)向支撐而整體下滑，滑坡后緣急劇下滑，基巖裸露，出現(xiàn)大量拉張裂縫，道路錯(cuò)斷，如圖7(b)所示。

滑坡中部坡度較陡，出現(xiàn)了明顯的拉張裂縫和膨脹變形，裂縫呈貫通趨勢，道路破損嚴(yán)重，局部道路被掩埋，如圖7(c)所示。

滑坡前緣為強(qiáng)變形區(qū)，坡體由于失去了側(cè)向支撐，同時(shí)受到滑坡中后緣土體的推力，坡體前緣持續(xù)塌落變形，如圖7(d)所示。同時(shí)，由于滑動(dòng)土體在滑坡前緣堆積，導(dǎo)致局部地形出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象。

3 阿娘寨滑坡體啟動(dòng)成因初步分析

滑坡災(zāi)害往往是內(nèi)外動(dòng)力綜合作用的結(jié)果[12-14]。阿娘寨滑坡啟動(dòng)的外動(dòng)力(直接誘因)是前期降雨入滲和泥石流沖刷掏蝕坡腳，內(nèi)動(dòng)力(間接成因)是頻繁的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)。

3.1 泥石流對滑坡的影響

2020年6月17日3點(diǎn)梅龍溝爆發(fā)泥石流災(zāi)害，溝口斜下方100 m處為阿娘寨老滑坡(圖8)。根據(jù)調(diào)訪資料，泥石流流速達(dá)4.2 m/s，其攜帶著大量泥沙石塊沖擊阿娘寨滑坡體，致阿娘寨滑坡體前緣塌落，坡體失穩(wěn)，老滑坡體啟動(dòng)，泥石流成了“壓死駱駝的最后一根稻草”。

圖8 泥石流和滑坡相對位置

根據(jù)最小勢能原理，滑坡體勢能未達(dá)到“最小”，坡體處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，總有朝著最小勢能方向運(yùn)動(dòng)(向下運(yùn)動(dòng))的趨勢，而泥石流打破了老滑坡體原有狀態(tài)的極限平衡，導(dǎo)致了滑坡體持續(xù)下滑，不斷減小自身勢能，尋求新的平衡點(diǎn)。

3.2 降水和滲流對滑坡的影響

滑坡未啟動(dòng)之前，滑坡后緣已有明顯陡坎，基巖出露，表明滑坡體已處于不穩(wěn)定狀態(tài)。前期降雨為滑坡達(dá)到極限平衡狀態(tài)起到了促進(jìn)作用，雨水滲流，土體孔隙水壓力增加，有效應(yīng)力減小，滑動(dòng)面下滑力增加，抗剪強(qiáng)度降低。

滑坡體頂部干海子匯水面積大，容易形成地表徑流，威脅著滑坡體的穩(wěn)定性。采用初損后損法計(jì)算干海子的地表徑流，為滑坡防治提供參考。

統(tǒng)計(jì)研究區(qū)泥石流發(fā)生前一周降水?dāng)?shù)據(jù)，利用初損后損法計(jì)算滑坡區(qū)地表徑流?！霸摲椒ò呀涤険p失分為兩個(gè)部分，初損為產(chǎn)流前的損失，后損為產(chǎn)流后的損失，把平均下滲強(qiáng)度f′和產(chǎn)流歷時(shí)的乘積tc與后期不產(chǎn)流雨量之和作為后損值”[15]。

(1)

式(1)中：R為時(shí)段內(nèi)產(chǎn)生的地表徑流；P為時(shí)段內(nèi)降雨，P=14 mm；l0為初損雨量；f′為平均下滲強(qiáng)度；tc為產(chǎn)流歷時(shí)，tc=2 h；P′為后期不產(chǎn)流雨量。

(1)初損值l0的確定。由于2020年6月16日17點(diǎn)未下雨，可近似忽略前期降水對初損值的影響。根據(jù)研究區(qū)降雨數(shù)據(jù)和初損與后損值的特點(diǎn)，取l0=2.1 mm，P′=1.7 mm(圖9)。

圖9 滑坡區(qū)降雨數(shù)據(jù)(丹巴縣)

(2)平均下滲強(qiáng)度f′的確定。根據(jù)《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊》和研究區(qū)土體性質(zhì)以及植被覆蓋率，f′=0.9 mm。

將上述參數(shù)帶入(1)中，經(jīng)計(jì)算得時(shí)段內(nèi)的地表徑流R為8.4 mm。由于滑坡體后緣匯水面積為143.1萬m2，地表總徑流達(dá)12 020.4 m3。巨大的地表徑流沿坡面和裂縫滲流，使得土體自重增加，土壤含水率持續(xù)升高并趨于飽和，土壤有效應(yīng)力和抗拉、抗剪強(qiáng)度降低[16]，為滑坡體啟動(dòng)提供了充分條件。同時(shí)前期短歷時(shí)循環(huán)降雨入滲提高了土壤含水率，降低了滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，加劇了滑坡體的不穩(wěn)定性。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造對滑坡的影響

阿娘寨滑坡地處高山峽谷區(qū)，整個(gè)區(qū)域表現(xiàn)為較強(qiáng)的地殼隆升和河流下切，河流下切基巖為普遍現(xiàn)象。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為青藏滇緬印尼“歹”字形構(gòu)造，川滇南北構(gòu)造與小金-金湯弧形構(gòu)造和復(fù)合部位。地質(zhì)歷史時(shí)期漫長而復(fù)雜，構(gòu)造體系復(fù)雜，造山運(yùn)動(dòng)、變質(zhì)作用和巖漿噴出活動(dòng)強(qiáng)烈，地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為明顯的控制作用。

阿娘寨滑坡體的啟動(dòng)與地震有著密不可分的關(guān)系。根據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，自2008年以來，該區(qū)域發(fā)生4.0級以上地震共33次，震源深度達(dá)20 km，嚴(yán)重?fù)p害了該地區(qū)巖土體的穩(wěn)定性，為滑坡體的啟動(dòng)創(chuàng)造了條件。

4 結(jié)論和建議

阿娘寨老滑坡是由泥石流引發(fā)的次生災(zāi)害，其復(fù)活與演變具有堵塞小金川河形成堰塞壩的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和氣象條件，初步分析了滑坡體基本特征和成因，得出以下結(jié)論。

(1)阿娘寨滑坡為土質(zhì)滑坡。根據(jù)滑坡體的變形特征和地層結(jié)構(gòu)差異，將滑坡體分為兩層四個(gè)區(qū)域。

(2)阿娘寨老滑坡體的復(fù)活與演變是內(nèi)外動(dòng)力綜合作用的結(jié)果。頻繁的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)造成地層松動(dòng)和巖體破碎；強(qiáng)降雨和坡面滲流使土體含水率升高，有效應(yīng)力、抗拉和抗剪強(qiáng)度降低，使滑坡體趨于極限平衡狀態(tài)；泥石流沖刷掏蝕坡腳，打破了滑坡極限平衡，致使滑坡體啟動(dòng)。

(3)根據(jù)滑坡復(fù)活后多天監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示滑坡變形速率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，推測滑坡體變形會(huì)隨時(shí)間逐漸減小后趨于穩(wěn)定，無重大地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)和強(qiáng)降水條件下，滑坡體不會(huì)再次啟動(dòng)。

(4)為保持滑坡體的穩(wěn)定，應(yīng)減少人類活動(dòng)(修建公路)；修建排水通道，及時(shí)排除滑坡后緣形成的大量地表徑流；同時(shí)修建堤壩，避免河水切坡。