汶川地震崩滑灾害影响因素分析

程 强

（四川省交通厅公路规划勘察设计研究院，四川 成都 610041）

0 引言

汶川地震区处于青藏高原东缘龙门山构造带，为四川盆地与青藏高原地貌过渡带，发育龙门山前山断裂、中央主断裂和后山断裂三条主干断裂，地层岩性极为复杂多变。特殊的深切河谷地貌条件下，地震诱发大量崩滑灾害［1－3］。

汶川地震区地貌、构造和岩性条件极为特殊和复杂，研究分析各种因素对地震崩滑灾害的影响，对于认识崩滑灾害发生机理，提高高烈度地震山区地质灾害的防御水平具有重要意义。震后已有多位学者对地震崩滑灾害的影响因素进行了分析研究［4－6］，如王秀英等［4］研究表明地震诱发滑坡与峰值加速度之间存在非常明显的正相关性。祁生文等［5］通过遥感解译并结合现场调查，研究分析了斜坡灾害与岩性、坡度、海拔等的关系。李秀珍等［6］通过47处滑坡的实际调查资料分析，得出了地震滑坡灾害的易滑坡度范围、高程范围及和岩性的关系等。

表1 研究区地貌分区及典型段落地震崩滑灾害Table1 Partitionoftopographyinstudyareaandtheseismicgeohazardsofthetypicalsection

汶川地震灾区纵横交错的公路网，为地震地质灾害的研究提供了良好的观察路线。本文研究在掌握汶川地震区国省干线以及典型县乡道路地震崩滑灾害调查资料基础上，考虑地震烈度分区、地形地貌、地层岩性特点，选取典型段落，进行灾害发育特征和灾害点密度、平均规模等统计分析，研究地震崩滑灾害与各种因素之间的关系。

1 研究区地质环境特征

汶川地震发生于青藏高原东缘龙门山构造带，地质环境条件极为特殊和复杂。

在地形地貌上，龙门山构造带地处青藏高原东缘，为四川盆地和青藏高原的地貌过渡带，在不到50km的范围内，地形高差达到5km以上［7］，形成了龙门山深切峡谷地貌条件，主要发育青衣江、岷江、沱江、涪江、白龙江等主要地表水系。图1为区域地貌及水系图。为了分析地震崩滑灾害与地形地貌的关系，将研究区划分为5个地貌分区，各分区地貌及岩性特征见表1。

图1 研究区地表水系及地貌分区图Fig.1 Partitionoftopographyandsurface watersysteminstudyarea

区内地层极为复杂，大致以洞水－北川－汶川－耿达一线为界，分属扬子地层区和巴彦喀拉－秦岭地层区。为便于研究，根据地层分布情况，并考虑岩体工程特性，将研究区内地层划分为8个片区，详见图2。

图2 汶川地震区地质简图Fig.2 GeologicaldiagramofWenchuanearthquakearea

龙门山构造带主要发育三条主干断裂，分别为后山断裂（茂县－汶川断裂、青川－平武断裂），中央主断裂（北川－映秀断裂）和前山断裂（安县－灌县断裂、江油断裂），如图2所示。

表2 不同地震烈度分区典型段落地震崩滑灾害统计Table2 Seismiclandslidesandcollapsestatisticsoftypicalsectionsindifferentearthquakeintensityzoning

2 地震崩滑灾害影响因素分析

2.1 地震动峰值加速度

地震崩滑灾害是在地震动力条件诱发的斜坡失稳现象，显然地震动峰值加速度水平对地震崩滑灾害的发育具有重要影响。

本文研究统计了不同地震烈度区域地震崩滑灾害发育情况，以G213线都江堰－映秀－汶川－茂县－川主寺公路为代表，统计数据见表2。

由表2可以看出，在地震烈度为Ⅹ～Ⅺ度的映秀－草坡段，崩滑灾害的发育密度和规模，要明显高于其它段落，在地震烈度小于Ⅶ度的区域，崩滑灾害的发育密度和平均规模明显降低。但相同地震烈度水平下，不同地形地貌条件、地层岩性条件，以及不同的地质构造部位，地震崩滑灾害的发育有巨大的差异。

表3给出了龙门山构造带横向上，典型段落地震崩滑灾害发育密度和平均规模的统计数据，各路段地震烈度多在Ⅹ～Ⅺ之间，但由于地质构造条件不同，其灾害发育密度、规模有巨大的差异。总体上B1～B5所代表的中央主断裂上盘至后山断裂之间，崩滑灾害发育密度和水平要远高于中央主断裂下盘至前山断裂之间。而相同的地质构造条件，由于地貌和岩性的不同，灾害发育也有巨大差异，如 A－2清平 －棋盘石段，灾害发育密度、规模远高于其它段落。

表3 相同地震烈度分区典型段落地震崩滑灾害统计Table3 SeismiclandslidesandcollapsestatisticsoftypicalsectionsinThesamepartitionofseismicintensity

如上分析表明地震崩滑灾害的发育受地震烈度影响的同时，还与构造部位、地层岩性、地形地貌、斜坡地质结构等其它因素密切相关。

2.2 地形地貌及地层岩性

2.2.1 地貌分区及分区地震崩滑灾害统计

临空面的存在是崩滑类地质灾害发育的基础，在本文引言中已经提及，汶川地震区在不到50km的范围内，地形高差达到5km以上，深切河谷形成大量高陡斜坡，为地震崩滑类地质灾害提供了发育条件。

为便于分析灾害发育与区域地貌之间的关系，进行了汶川地震区地貌分区，见图1及表1。

由图1及表1，可以看出区域地貌特征对崩滑灾害的总体发育具有重要影响，地貌分区Ⅰ区和Ⅱ区是地面横坡最陡峻，河谷分布最密集、切割深度最大的区域，也是地震崩滑灾害发育最为密集的区域。几个地貌分区主要灾害发育情况如下：

（1）地貌分区Ⅰ区主要为元古代侵入岩体分布区，由中央主断裂向上盘方向，不到20km的范围内，海拔高度由879m左右快速上升到3000～5000m，河谷下切及溯源侵蚀作用极为强烈，地面横坡极为陡峻，该区域也是地震崩滑灾害发育最为密集的地区，灾害点平均密度在2处/km以上，平均规模在10×104m3/处以上。

（2）地貌分区Ⅱ区主要为灰岩分布区，虽然高差不是很大，但受岩性影响，地面横坡陡峻，多见陡崖等地貌突出部位，该区域是地震崩滑灾害密集发育区，尤其是发育很多大型崩滑灾害，如文家沟滑坡、小岗剑、一把刀崩塌、岳家山滑坡等。灾害点平均密度在1处/km以上，平均规模在10×104m3/处以上。

（3）地貌分区Ⅲ区主要为碎屑岩、灰岩，多呈软硬互层状，处于中央主断裂与前山断裂之间，发育多处崩滑灾害，少见大型、特大型崩滑灾害。

（4）地貌分区Ⅳ ～Ⅴ区，海拔高度多在2000m以上，岩性以变质岩为主，河谷分布密度明显降低，切割深度明显减小，崩滑灾害沿主要河谷两侧分布。

2.2.2 地震崩滑灾害与地层岩性关系

汶川地震灾区岩性复杂，为分析地震崩滑灾害与岩性的关系，将研究区岩性划分为侵入岩、碳酸盐岩（灰岩、白云岩等硬质岩）、碎屑岩、千枚岩类、砂板岩类等几个大的岩性类别，各类岩性分布见图2。在各类岩性中，选取典型路段（考虑地震烈度相接近）进行崩滑灾害统计分析，统计数据见表4。由表4可以看出，侵入岩体和碳酸盐岩类，其地震地质灾害发育密度和平均规模最高，砂板岩类次之，千枚岩类最低。

侵入岩体、灰岩、白云岩等坚硬岩，多为崩滑灾害高发区，原因之一在于此类岩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应显著；原因之二在于此类地层岩性均匀，地震波传播速度快且能量损耗低，地震能量绝大部分消耗在斜坡中上部及突出部位，造成斜坡岩土体的大规模破坏。

而软硬互层岩体及软岩体，一方面地面横坡相对较缓、少见突出部位，地形放大作用不是很强烈；另一方面地震波传播速度相对较低，尤其是其间的软弱夹层、软弱带等，对地震波能量具有很大的耗散作用，传至斜坡地表能量相对较低。

将表5统计数据的侵入岩体平均，并与各类岩石强度指标经验值对应，制作岩石抗压强度经验值（x）与灾害发育密度 ×灾害平均规模（y）关系曲线（图3），由图3可以看出，各类岩体岩石抗压强度指标与灾害发育有很好的相关性，其线性关系为y=－84139+5761.7x。

表4 不同岩性代表性段落地震地质灾害对比表Table4 Seismicgeo-hazardscomparison tableofdifferentlithology

如上地形地貌和地层岩性对地震崩滑灾害的影响，实质上是斜坡地震动力响应特征的反映。坚硬岩容易形成高陡斜坡、且多见地貌突出部位，导致斜坡上部地震动放大效应显著，因而更容易诱发岩土体失稳破坏。

表3中，G213线映秀 －草坡段和都江堰 －映秀段同样为Ⅹ～Ⅺ度区域，但前者为硬质岩区，河谷相对高差大且岸坡陡峻，崩滑灾害密度和灾害点平均规模远高于后者。

图3 各类岩体强度经验值与灾害发育密度×灾害平均规模关系曲线Fig.3 Relationshipcurveoftherockmassstrength empiricalvalueandtheproductvalueof developingdensityandaveragescale

2.3 斜坡地质结构对崩滑灾害发育的影响

谷德振、孙广忠等人的研究［8－9］奠定了岩体结构问题研究的基础，指出岩体结构是控制岩体变形破坏的基础，并进行了岩体结构类型的划分，分为整体块状结构、层状结构、碎裂结构、散体结构4个大类。上述岩体结构的研究和分类，是基于岩体重力失稳条件下的。在动力条件下，岩体结构是否为控制边坡岩体变形破坏的重要因素，是值得研究的问题。

本文进行的大量调查研究表明，在动力条件下，斜坡岩体结构特征依然是控制斜坡变形破坏的主要因素，从研究斜坡动力失稳角度，进行岩体结构类型划分及各类坡体结构动力失稳模式（表5）。

与常规岩体结构类型划分最大的不同，在于汶川地震区土层及强风化层——基岩二元结构斜坡，是地震灾区最为普遍、失稳数量最多的斜坡坡体结构类型。由于汶川地震区地处深切峡谷区，地面横坡陡峻，在长期重力、降雨作用下，斜坡中上部多发育厚度不大的覆盖土层，以及强风化、卸荷松动岩体，而这部分岩土体又多处于斜坡中上部，地震力作用下最容易失稳破坏，形成大量的“山扒皮”破坏现象。

与其它区域不同，汶川地震区河谷两侧发育大量的河流、冰水、泥石流堆积漂卵石层，由于河流下切作用，前缘多陡坎，这些堆积层多处于中密－密实状态，力学性质较好，地震力作用下多处于稳定状态，破坏模式仍以陡坡上部的滑移破坏为主，仅在茂县－松潘段见多处滑坡灾害。

同时，很多斜坡中下部为震前崩坡积层，没有受到开挖扰动及前缘河流冲刷的堆积层边坡，多处于稳定状态，而人工开挖、河流冲刷边坡，多在斜坡中上部产生浅层破坏，整体滑移变形的较为少见。

表5 动力失稳条件下斜坡岩体结构类型Table5 Slopegeologicstructureunderthedynamiccondition

2.4 崩滑灾害影响因素的综合分析

根据本文如上分析，实际上地震崩滑灾害的发育主要控制因素有三个，即斜坡岩体结构、场地地震动峰值加速度水平以及斜坡动力响应特征。

斜坡岩体结构，在地震动力条件下，依然控制了斜坡岩土体的变形破坏边界和变形破坏模式，只不过在动力条件下，其破坏范围、破坏形式与重力、降雨作用下显著不同。

地震动峰值加速度，当然是决定地震地质灾害发育的决定性因素。但在山区河谷地貌条件下，斜坡动力响应特征起到了更为重要的控制作用，坚硬岩体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强烈，则极易造成上部岩土体失稳破坏。

3 结论

（1）总体上，地震峰值加速度越高，地震崩滑灾害越发育，但在相同的地震峰值加速度水平下，不同的地形地貌条件、地层岩性条件，地震崩滑灾害的发育有巨大的差异。

（2）地形地貌和地层岩性对地震崩滑灾害发育有重要影响，陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区。

（3）在动力条件下，斜坡岩体结构特征依然是控制斜坡变形破坏的主要因素，从研究斜坡动力失稳角度，提出了岩体结构类型的划分，分为土层及强风化层——基岩二元结构、块状结构、层状及似层状结构、碎裂结构、土层等5个大类12个亚类。

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