浙东南山区高速滑坡形成原因和致灾方式研究

王一鸣，陈明东

（1.浙江省第十一地质大队，温州 325006；2.中国地质大学，武汉 430074）

浙东南山区高速滑坡形成原因和致灾方式研究

王一鸣1，2，陈明东1

（1.浙江省第十一地质大队，温州 325006；2.中国地质大学，武汉 430074）

为加强浙东南山区滑坡灾害防治工作，在分析该区山外高速滑坡和南充高速滑坡的物质结构和运动特征的基础上，总结该区高速滑坡的形成原因、致灾原因和致灾方式。高陡原始地形伴随人工切坡，岩体超深风化，台风引起超强降雨，以及峰残强度降差形成滑坡；高速和远程是致灾的主要原因；致灾方式包括堆积掩埋、抛洒冲击和气浪推掀。

高速滑坡；原因；致灾方式；浙东南山区

1 前言

对于“高速滑坡”，目前学术界尚未给出一个精确的定义。一般地，前部滑体运动速度达到10m/s以上的滑坡，均可认为属于高速滑坡。由于这一类滑坡具有“突发”和“高速远程运动”的特点，往往令人猝不及防，造成很大的灾害。高速滑坡在我国西南、西北地区比较常见，如塘光岩型和洒勒山型高速滑坡［1］，而中国东南部山区也时有发生。浙东南山区以侵蚀剥蚀丘陵和构造低山为主，地质环境条件较为脆弱，经常在强降雨（尤其是台风暴雨）诱发下发生滑坡灾害。通过总结近20a来浙东南山区灾难性滑坡的运动特征，笔者发现，造成重大灾难的滑坡有相当一部分属于高速滑坡，既具有高速滑坡的一般特征，其致灾的原因和方式又具有浙东南山丘区高速滑坡的自身特点。

2 典型高速滑坡介绍

2.1 平阳县鳌江镇山外滑坡

1990年10月1日，鳌江镇山外村荆溪山南麓的东南坡发生一处中型高速滑坡，造成6人死亡，轻重伤110余人，1 073间房屋和约31.33hm2农田被毁，直接经济损失达1 100万元［2］（图1）。

图1 山外滑坡全景（1990年10月）Fig.1 Panorama of the Shanwai landslide（Oct.1990）

该滑坡发育于燕山晚期侵入岩体——钾长花岗岩中，滑体物质为具有球状风化特征的全风化花岗岩，岩性为粗颗粒状砂土，遇水容易崩解成松砂。滑坡体前、后缘海拔高程分别为5m和105m，相对高差100m，主滑方向为142°，最大滑距为250m。滑坡体长388m，宽88～150m，平面面积约4.96×104m2，厚度6～16m，总体积约45×104m3（图2、图3）。

图2 山外滑坡平面图Fig.2 Plan of the Shanwai landslide

山外滑坡属推移式滑坡，其发生源于当地村民在滑体前缘长期的采石、采砂活动，使得斜坡中下部形成较高陡的临空面，为滑坡的发生提供了势能释放条件。该滑坡发生前没有明显的变形迹象或蠕变，但其发生发展的过程相当短暂，由起始阶段的受强降雨诱发突然启动，到脱离滑床后的扩展盖铺，坠落到地面后对平原区软土的平推铲刮，直至最后受被铲刮的土体阻挡，速度逐渐减慢，最终停积下来。滑坡主体运动时间仅19.8s，最大速度Vmax达25.3 m/s（滑坡运动特征参数法.B.Dong，etc，1992）。

2.2 乐清市岭底乡南充滑坡

2005年8月7日，受第9号台风“麦莎”的影响，乐清市岭底乡南充村西南侧山体发生一处小型高速滑坡，造成了2人死亡、6间房屋被埋、12间房损坏的严重灾害［3］（图4）。

该滑坡也为推移式高速滑坡，发生于早白垩世潜火山岩中，滑体物质以全风化安山玢岩为主，岩性为粉质粘土。滑体平面长55m，宽25～33m，平面面积约1 460m2，厚度为4～6m，总体积约8 500 m3。前、后缘高程分别为285m和322m，相对高差37m，主滑方向为65°，最大滑距达80m（图5、图6）。

图3 山外滑坡纵剖面图Fig.3 Section of the Shanwai landslide

图4 南充滑坡全景（2005年8月）Fig.4 Panorama of the Nanchong landslide（Aug.2005）

图5 南充滑坡平面图Fig.5 Plane map of the Nanchong landslide

图6 南充滑坡纵剖面图Fig.6 Section of the Nanchong landslide

南充滑坡源于2003年人工切坡，后经数次台风影响，逐渐加剧形成（发展历程见表1）。当滑坡发生时，其爆发极其迅猛，从人工边坡约2m处强、中风化岩体分界面剪出后，滑体在与坡前地面之间空气的气垫作用下向前迅速移动，大部分滑体直接“漂”过坡前公路，向公路对面的民房抛洒，大部分堆积于剪出口外缘35m到65m的范围内，最远堆积距离达80m。经滑坡运动特征参数法测算得，滑坡的最大速度Vmax＝18.6m/s。

表1 南充滑坡发展历程Table 1 Development history of the Nanchong landslide

3 高速滑坡形成原因分析

3.1 高陡的原始地形伴随人工切坡

高速滑坡发生前，原始斜坡一般较为高陡，坡度多在30°～40°，而且前缘坡脚往往存在由人工开挖形成的临空面，改变了坡体的原始应力场，使得坡体向不稳定的方向发展。

对于山外滑坡，该滑坡滑前斜坡呈内凹负地形，总体坡度为35°～40°，斜坡中下部存在因人工采砂形成较高陡的临空面（由1986年测制的地形资料可以看出，该区斜坡共有4个砂石开采点，累计开采面达4 025m2）；对于南充滑坡，该滑坡发生前原始地形为凸形坡，平均坡度约33°，前缘存在约5m的人工切坡临空面。如此高陡的原始地形条件为滑坡体沿最不利组合的滑面失稳提供了有利的高势能释放条件，而人工切坡为斜坡失稳提供了临空条件。

3.2 岩体的超深风化

发生高速滑坡的斜坡一般具有较厚的风化层，这主要有两类成因：一类是受构造作用控制，断裂面（带）附近的岩土体局部所受的风化作用特别强烈，出现局部的强风化带；另一类是区内的侵入岩岩体，由于侵入岩抗风化能力较弱，往往形成巨厚的风化层。这一方面增加了潜在滑坡的规模，另一方面降低了坡体的强度。

对于山外滑坡，滑体物质主要来源于燕山晚期钾长花岗岩体，受断裂构造的影响和差异风化，形成了巨厚的花岗岩全风化土体，岩性主要为粗颗粒状砂土；对于南充滑坡，滑坡所在斜坡受地质构造作用影响，滑坡两侧存在中风化霏细斑岩，之间为潜火山岩——安山玢岩的强风化槽，除表部2m左右的残坡积土体外，其下分布着5～8m的全－强风化安山玢岩，其中全风化安山玢岩已强烈风化成土状（岩性为粉质粘土）。这两类强烈风化岩体遇水极易软化，且力学性质骤降。

岩体的超深风化形成了巨厚（较厚）的土层，其力学性质差，为高速滑坡的形成提供了物质基础。

3.3 台风引起的超强降雨

影响浙东南山区的台风往往带来超强降雨，使得坡体迅速充水，这一方面在坡体内形成高静、动水压力，另一方面对斜坡岩土体起到了软化作用，因而能迅速导致了坡体的失稳。

对于山外滑坡，根据1990年平阳县的降雨资料，当年6～9月台风甚多，累计降雨量达到1 393.2 mm，其中滑坡发生前的9月份降雨量高达549.8 mm（表2），为本月多年平均降雨量230.7mm的2.38倍。

表2 平阳县1990年汛期月降雨量Table 2 1990's monthly rainfall for the flood season in Pingyang County

对于南充滑坡，滑坡所在的岭底乡是乐清市内的暴雨中心之一，岭底一带历年平均降雨量在1 900～2 000mm，南充滑坡就是在历次台风的激发下逐渐发展形成的。

3.4 土体强度的峰残强降

高速滑坡所能达到的最大速度，除较大的下滑力外，主要取决于加速阶段滑床的阻滑力。相对于下滑力而言其阻滑力越大，启程速度越慢，加速度越小，也越不容易形成高速。

浙东南山区以中生界白垩纪、侏罗纪以来的火山碎屑岩层组为主，由于形成时代较新，抗风化能力较强，除受构造影响个别区段、层组风化强烈外，一般风化层均较薄，形成的滑坡灾害以坡表的第四纪松散层沿土岩接触面的崩滑为主。

与之相比，燕山晚期侵入的钾长花岗岩、早白垩世潜火山岩——安山玢岩等岩体由于岩性和构造的原因，在山区往往形成巨厚的全－强风化层，局部差异风化显著。此类风化层强烈风化后已基本丧失原岩结构，成为砂土或粉质粘土，其力学性质类似于岩质滑坡中的软弱结构面，水理性质差，遇水极易发生崩解，其“峰残强降率”可达50%～60%以上［4］。即从静止到运动这一过程阻滑力迅速减小50%以上，进而形成剧动式高速滑坡。

4 对浙东南山区高速滑坡致灾原因与方式的探讨

4.1 “高速”运动特征是高速滑坡致灾的最主要原因

高速滑坡由于 “气垫”效应［5］等机制作用，前部滑体的滑速可达10m/s以上，远快于一般成年人的奔跑速度。

据目击者称，南充滑坡发生时，一村民正在受损民房边，眼见滑体向房屋方向扑来，忙向远处逃跑，但仅跑出10余米就被滑体掩埋。而山外滑坡发生时，据幸存的当地居民回忆，当晚只听见如雷鸣般的“轰隆”一声巨响，仅10余秒后房屋就被滑坡体所掩埋。可见高速滑坡爆发突然，运动过程短暂，人类在无防备的情况下很难有逃离的可能性。到目前为止，我国除著名的新滩滑坡（滑速为10～30m/s）由于预报准确，撤离及时，才使457户1 371人免遭遇难外，其他无预警的高速滑坡无不造成重大损失。

另一方面，“高速”运动特征使得高速滑坡的破坏力远大于类似方量的普通滑坡。以山外滑坡为例，其最大动能达2.88×109kJ，是类似方量普通滑坡的160倍（假设相同体积的滑坡，滑速为2m/s，其动能仅为1.8×107kJ）。

4.2 “远程”运动特征扩大了滑坡的致灾范围

高速滑坡的滑程总是异乎寻常地远，这是滑坡高速运动的结果，同时扩大了滑坡的致灾范围。据不完全统计，高速滑坡的水平滑距一般是落差的1.5倍以上，最大可达3.5倍以上。以山外滑坡和南充滑坡为例，前者滑距与落差的比值达2.5∶1，后者达2.2∶1。

“远程”运动特征不仅在绝对值上扩大了滑坡的致灾距离和范围，并且突破了人们对滑坡运动和威胁距离的一般认识，造成主观上疏于防范，因此在无形中又增大了滑坡所造成的损失。

4.3 高速滑坡的致灾方式

普通滑坡的致灾方式多以推挤和冲击为主，而高速滑坡的致灾方式相对更加多样，主要有以下3类：

（1）堆积掩埋。对普通滑坡而言，除非受灾对象位于滑坡体前缘下方，否则很难将受灾对象（尤其是建、构筑物）完全掩埋。高速滑坡由于剪出口位置一般较高，滑体脱离滑面后能凌空飞行一段距离，因此在其前缘1～2倍高差的平面距离范围内的受灾对象主要以掩埋为主。

例如南充滑坡的剪出口位置前缘公路边坡上约2m处，滑坡发生后，在其前缘55m（1.5倍高差）范围内的两幢民房被滑体所掩埋。山外滑坡前缘135～155m（1.3～1.6倍高差）范围内的800余间民房（占总受灾民房的75%以上）均被滑体所掩埋。掩埋是高速滑坡致灾的最主要方式。

（2）抛洒冲击。抛洒冲击作用一般发生于高速滑坡堆积区外边界以内的范围。尽管到达这个区域的滑体已消耗了大部分能量（还没有完全耗尽），但滑体上部的松散岩土体所受到的摩擦阻力较小，因而当大部分滑体停积下来后，滑体上部物质仍继续在惯性力作用下向前抛洒，并具有较大的冲击力。

假设有10m3的滑体以5m/s的速度冲击前缘民房墙体，作用时间2s，则利用动量定理计算其冲击力为：F＝mv/t＝45kN。而据《混凝土结构设计规范》7.7.1条计算的30cm厚度的C25素混凝土结构墙体，其对2m边长矩形的抗冲切能力不大于3.9kN。也就是说，水平速度为5m/s的10m3滑体，其冲击力是一般房屋墙体抗冲切能力的10倍以上。

由此可见，具有一定水平运动速度的滑体，即使方量不大，也具有足以破坏房屋结构的冲击力。在山外滑坡发生后，其堆积区外围约100余间房屋的墙体因受到滑坡的不同程度冲击而破坏。

（3）气浪推掀。气浪推掀主要发生于滑坡堆积体以外一定范围。试验证明，高速滑坡由于底部受到空气升力的作用（即产生“机翼效应”），将滑体的位能更多地转化为动能，使滑体获得更高的滑速［6］。当滑体位能逐渐消耗而堆积于地面的过程中，位于滑体与地面之间的空气被迅速排挤出，形成气浪推掀前缘建、构筑物。这类作用在中、大型滑坡事故中较为明显，小型滑坡由于体积所限，所裹挟的空气体积较小，此类作用不明显。例如山外滑坡，调查发现其堆积区前缘0～15m范围内有几十间民房的窗户和屋顶瓦片被气浪所推掀，个别砖木结构民房墙体受损。说明气浪推掀作用具有较强的破坏了，也扩大了滑坡的致灾范围。

5 结论

（1）高速滑坡具有“突发性”和“高速远程运动”的特点，其形成原因包括：高陡的原始地形伴随人工切坡，岩体的超深风化、台风引起的超强降雨以及土体强度的峰残强降。

（2）“高速”运动特征是滑坡致灾的最主要原因，“远程”运动特征扩大了滑坡的致灾范围。高速滑坡致灾的3种方式：堆积掩埋、抛洒冲击和气浪推掀。其中前者是主要的致灾方式，后两者扩大了滑坡的致灾范围。

（3）浙东南山区高速滑坡的防治措施建议：①坚持“预防为主，防治结合”的原则；②工程建设应尽量减少对山体的扰动（包括人工切坡和堆载），保持斜坡的原始应力平衡；③对出现了变形破坏迹象的不稳定斜坡应及时采取必要的支护和监测措施。

［1］徐峻岭.中国的高速滑坡及其基本类型［J］.中国地质灾害与防治学报，1994，（10）：24－25.

［2］陈明东.平阳县鳌江镇荆溪山南麓地质灾害勘查评价报告［R］.2004.7.

［3］王一鸣.乐清市岭底乡南充村西南侧后山地质灾害勘查报告［R］.2006.3.

［4］程谦恭，胡厚田.剧冲式高速滑坡全程动力学机理分析［J］.水文地质工程地质，1999，（4）：19－20.

［5］王恭先，徐峻岭，刘光代，等.滑坡学与滑坡防治技术［M］.中国铁道出版社，2007：83－84.

［6］刑爱国，高广运.大型高速滑坡近程空气动力学效应研究［J］.岩石力学与工程学报，2003，（5）：778－779.

CAUSES OF THE HIGH SPEED LANDSLIDES AND THEIR AFFECTING WAYS IN SOUTHEASTERN ZHEJIANG

Wang Yi－ming1，2，Chen Ming－dong1
（1.Zhejiang provincial 11th Geology Brigade，Wenzhou 325006，China；2.China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

In order to strengthen the landslide prevention and control in the southeastern mountain area of Zhejiang，the article discusses the material structure and motion characteristics of Shanwai and Nanchong high speed landslides.Then it summarizes the formation causes，hazarding causes and affecting ways of the high－speed landslide in the area.Steep original terrain with artificial cut slopes，super typhoon caused rainfall and peak residual of poor strength constitute the formation causes；high speed and distance are the main hazarding causes；and the affecting ways include piling－burying，toss－impacting and airsurge－lifting.

high－speed landslide；cause；affecting way；Southeastern Zhejiang

P642.22

A

1006－4362（2011）04－0029－06

2011－04－18 改回日期：2011－10－12

王一鸣（1981－ ），男，工程师，主要从事地质灾害防治方面的工作和研究。