四川省甘洛县山体滑坡应急调查与成因机制分析

郑 琅，张 欣，王 立 娟

(1.四川省地震与地质灾害应急技术保障中心，四川 成都 610041； 2.四川省安全科学技术研究院，四川 成都 610041； 3.四川安信科创科技有限公司，四川 成都 610041； 4.中国地质调查局探矿工艺研究所，四川 成都 611734)

0 引 言

2019年7月28日09：00至29日15：00以及8月2日21：00至3日10：00，四川省甘洛县在短时间内接连遭受两次严重的暴雨灾害，部分地区在20 d内累计降雨量达到甘洛县多年平均降雨量的1/3。持续强降雨引发了大面积山洪、滑坡、泥石流灾害，累计造成13人失踪，以及包括成昆铁路(甘洛段)在内的多处基础设施严重损毁。为使成昆铁路尽快恢复畅通，铁路部门在灾后迅速组织人员开展甘洛段沿线的清淤和抢修工作。然而在8月14日12：44，甘洛县苏雄乡埃岱村成昆铁路2号隧道口，突发山体滑坡，造成当时正在坡脚处进行清淤抢险作业的17名工人遇难。未及时对线路及周边进行地质灾害应急调查及处置，盲目地进行线路抢通是造成此次事故的主要原因。因此，开展地质灾害相关应急调查及应急处置工作十分必要，尤其对于成昆铁路甘洛段群发性地质灾害区域，及时进行地质灾害应急调查能有效减缓地质灾害发生速率、减少群众生命财产损失，为后期综合治理争取时间[1-2]。

“8·14”甘洛县埃岱村滑坡灾害发生后，四川省地震与地质灾害应急技术保障中心立即组织技术团队，派出无人机测绘组和现场地质调查组赶赴现场，利用集成化较高的小型多旋翼无人机低空航测结合地面调查对突发滑坡地质灾害进行了快速、高效的应急调查。在传统的滑坡现场调查的基础上，结合无人机低空航测得到的高分辨率DOM、DSM、数字模型对滑坡体特征、稳定性及成因机制进行了深入分析，提出了成昆铁路甘洛段沿线可能失稳的斜坡结构特征和灾害形成模式，为研究区地质灾害隐患排查和防治提供了科学依据。

1 滑坡区域概况

成昆铁路甘洛段，位于四川盆地南缘向云贵高原过渡的地带，沿线多为高山峡谷，地势陡峭。由于地处川滇菱形块体东缘，在川滇菱形块体的侧向挤压作用下[3-4]，该区构造发育，地质环境条件恶劣，各类地质灾害多发、频发，对当地铁路交通等基础设施和人民群众生命财产造成了极大的影响。

“8·14”甘洛县埃岱村滑坡位于成昆复线埃岱2号隧道口，尼日河左岸的斜坡处，在区域上属四川盆地南缘向云贵高原过渡的地带。由于地处华南地块西缘，在川滇菱形块体的侧向挤压作用下，该区断裂构造发育，其构造格架主要以北西-北北西向断裂为主，其次为北北东向断裂。区内地层从上元古界震旦系至中生界侏罗系均有分布，缺失石炭系与白垩系地层，滑坡所处区域地层较为单一，为上震旦统灯影组(Zbdn)灰白色厚层块状微晶白云岩夹灰白色薄层-中层泥质白云岩(见图1)。

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological map of the study area

2 现场应急调查

复杂的区域地质环境和活跃的内外动力地质条件，使得中国西南地区地质灾害数量多、分布广、危害极其严重[5-6]。西南地区地势险峻，地形切割强烈，一些地处高位的滑坡灾害在早期变形的过程中难以被发现，具有极强的隐蔽性，当到达临界状态的斜坡岩土体，在极端自然条件(强降雨、地震等)或人类工程扰动的作用下，坡体突然失稳，极易形成高速(远程)滑坡，并造成灾害性的后果[7-10]。科学有效的应急处置措施是突发灾害情况下救援处置和防灾减灾的有力保障，而其中作为应急处置决策基本依据的应急调查更是显得尤为重要[11]。突发性滑坡地质灾害应急调查时间紧、任务重，讲求快速反应、合理有效以及强时效性[12-13]，因此沿用常规技术的灾害地质调查无法满足应急处置决策的需要。与常规调查相比，应急调查所面对的情况复杂多变，工作环境危险性大，宜采取进场便利、非接触式、准确高效且作业周期短的技术和手段，如卫星遥感、无人机、三维激光扫描等，形成系统化的应急调查方案支撑应急处置。

根据 “8·14”甘洛县埃岱村滑坡所处区域的地形特点和灾害体规模，充分利用小型多旋翼无人机体积小、重量轻、起降场所要求低、航测系统稳定、控制简单以及数据精度较高等特点[14]，采用地面调查与无人机低空航测相结合的手段，实现突发滑坡灾害快速、高效的应急调查。

2.1 无人机航测平台

本次应急调查的航测任务采用飞马D200S无人机搭载D-CAM航测模块，该系统由无人机飞行平台系统和地面监控系统两个主体部分构成，其中飞行平台系统是实施飞行任务的主体，由机体、航测模块、飞行控制系统和智能电池装置构成；地面监控系统则是向地面工作人员提供飞行监控的组合装置与实时查分所用的GNSS地面基准站，飞行监控装置主要由电脑、无线电以及监控软件等组成。

无人机航测数据的采集流程包含有任务接受、空域申请、航线设计、实地考察、野外控制测量、无人机组装测试、飞行实施、数据检查、室内处理等一系列的工作内容。具体流程见图2。

图2 无人机航测数据采集流程Fig.2 UAV aerial survey data acquisition process

2.2 突发滑坡地质灾害应急调查流程

到达现场后，地质调查组在前期基础资料收集的基础上，对滑坡地形地貌、地层岩性、岩体结构、类型、特征等方面进行现场实地调查。无人机测绘组根据现场实际情况第一时间对滑坡体进行了多架次航飞工作，快速获取了滑坡体及周边区域的高精度正射影像，并在掌握滑坡总体特征的同时，圈定了滑源区中残留的滑坡体和侧缘的不稳定岩体，为灾害发生初期的人工目视监测预警指明重点区域，保障下方救援人员的人身安全，预防二次次生灾害的发生。相应具体调查流程见图3。

图3 突发滑坡地质灾害应急调查技术流程Fig.3 Technical process of emergency survey of sudden landslide

3 滑坡特征及稳定性分析

3.1 滑坡特征

坡体上部滑源区和下部堆积区较宽，中部较窄，总体呈“哑铃状”(见图4～5)。滑坡后缘顶点高程约1 157 m，前缘高程在955 m左右，相对高差达202 m。滑坡由于相对高差较大，整个滑体从斜坡的中上部剪出(剪出口位置大致在滑源区下侧滑坡急剧收口处，高程大致为1 040 m左右)，在其解体的过程中，大部分滑体一垮到底，一部分冲入尼日河河道，一小部分则直达对岸。

图4 “8·14”甘洛县埃岱村滑坡正射影像Fig.4 Orthophoto image of the landslide in Aidai Village， Ganluo County on August 14

图5 “8·14”甘洛县埃岱村滑坡工程地质平面图Fig.5 The engineering geological profile of the landslide in Aidai Village，Ganluo County on August 14

结合详细的现场地质调查以及高精度无人机航片解译，将滑坡分为5个区，分别为滑源区(Ⅰ)、刮铲区(Ⅱ)、堆积区1(Ⅲ-1)、堆积区2(Ⅲ-2)、欠稳定岩体(Ⅳ)、滑坡残余区(Ⅴ)(见图5)。

滑源区主要分布于高程1 028～1 157 m，滑坡源区构造岩性较为简单(见图6)，整个滑源区地层为震旦统灯影组(Zbdn)。岩性为灰白色白云岩夹黄灰色中层状泥质白云岩，岩层产状为134°∠48°，岩石较为破碎，发育3组节理，节理产状分别为229°∠41°，326°∠67°，51°∠74°。其中134°∠48°和51°∠74°两组结构面为控制滑体形成的边界面，且滑坡体大致沿层理面向下滑动。滑源区面积为0.08万m2，其失稳岩体平均厚度2.5～5.0 m。

图6 “8·14”甘洛县埃岱村滑坡剖面图Fig.6 The geologic section of the landslide in Aidai Village，Ganluo County on August 14

滑坡堆积体分布在尼日河两侧，主要分布于尼日河左岸，尼日河右岸堆积体方量较少。铁路成昆线横贯滑坡中前部缓坡平台，其修建开挖时未对边坡造成破坏，于1970年已完成通车，铁路距离滑坡上部破坏区域距离约110 m，根据现场应急调查及走访结果，铁路线路建设对滑坡影响较小。堆积区后缘高程1 044 m，前缘高程945 m，相对高差99 m，滑坡堆积体主要由斜坡表层的第四系残坡积土以及下部的中-强风化白云岩，泥质白云岩组成。堆积体主要以碎块石、块石和巨石为主，夹少量残坡积土。堆积面积达1.05万m2，平均厚度约为4 m，堆积方量约为4.19万m3。残留的滑体位于滑源区的右上角(见图5)，残留滑体面积约为0.14万m2，平均厚度约为2 m，体积约为0.28万m3，在平面上可以看出残留的滑体脱离了滑坡后缘，且具有明显的侧向滑动现象，其滑动距离在5～8 m左右，由于前端滑坡体脱落，残留的滑体失去牵引力而暂时沿滑面静止，该块体如今稳定性较差，特别是前端的岩体破碎松散，在应急救援处置的过程中多次发生碎块石滑落的现象。

欠稳定岩体主要位于滑源区残留滑体的下侧，欠稳定岩体面积约为0.09万m2，平均厚度约为2 m，方量约为0.18万m3。该处危岩体风化强烈，岩体破碎，变形现象明显，从危岩体上方的铁塔可以看出该处岩体暂时并未出现明显的位移，铁塔未发生倾斜，但由于该处危岩体下方和侧向临空，受重力或其他自然因素的影响，仍存在较大的失稳下滑可能性。

3.2 滑坡稳定性分析

根据现场应急调查结果，甘洛“8·14”滑坡滑体为强风化块状微晶白云岩，滑带为强风化薄层状泥质白云岩，经过长时间降雨浸泡后呈土状，滑床为微-中风化块状微晶白云岩，滑带土岩土力学指标根据经验值及工程类比法取值(见表1)。

表1 滑带土岩土体力学指标建议值Tab.1 Mechanical properties of sliding zone soil

本文采用基于极限平衡理论的条分法和传递系数法计算滑坡的稳定系数，结合无人机测绘成果建立甘洛“8·14”山体滑坡剖面进行计算(见图6)，稳定性计算结果见表2。

表2 滑坡稳定性计算结果Tab.2 Calculation results of landslide stability

根据稳定性计算结果，甘洛“8·14”滑坡在天然工况下是稳定的，在暴雨工况下滑坡体呈欠稳定状态。结合本次稳定性计算结果可知暴雨是诱发本次滑坡的直接因素，因此成昆铁路甘洛段其他地质条件相似的滑坡，在暴雨诱发下也极易发灾，本次稳定性计算可为后续地质灾害隐患排查提供参考。

4 滑坡成因机制分析

4.1 滑坡形成条件分析

根据“8·14”甘洛县埃岱村滑坡特征及其变形破坏情况的分析可以得出，滑坡的形成具有以下几个典型的特点。

(1) 具有发育滑坡的地层岩性条件。“8·14”甘洛县埃岱村滑坡发生在震旦系上统灯影组(Zbdn)，以白云岩夹薄层泥质白云岩为主，泥质白云岩含大量黏土矿物成分，其具有亲水和遇水膨胀、泥化和软化的特征，在地下水或降雨的作用下，将其软化甚至泥化，降低摩阻力，进而形成滑带或滑面。

(2) 剧烈的构造活动对源区岩体的破坏。受区域南东向挤压构造应力的影响，构造变形强烈，滑坡所处区域被近南北向、北西向以及北北东向三组断层所围限(见图4)，且滑源区靠近北西向断层，这使得滑源区斜坡岩体在断层挤压运动的作用下，裂隙发育，岩体破碎，整体较差，在内外动力的作用下容易发生失稳破坏。

(3) 具有发育滑坡的软弱结构面。滑坡所处区域的白云岩结构面发育，共发育3组节理，节理产状分别为229°∠41°，326°∠67°，51°∠74°，密集发育的结构面将岩体切割成块，使其稳定性急剧下降，支持作用降低，下滑力增大。

(4) 具有产生滑坡的有利地形。受强降雨的影响，滑坡右侧的冲沟暴发了一定规模的泥石流，泥石流的侧向冲刷不仅扰动了左侧滑源区岩体，而且还在靠近冲沟一侧形成了侧向临空面，为斜坡岩体的失稳创造了有利的地形条件(见图5～6)。

(5) 持续的强降雨是滑坡的触发条件。甘洛县多年的年平均降雨量为950 mm左右[15]，而2019年7月底至8月中旬，短短二十余天的累计降雨量达到了全年累计降雨量的近1/3，持续的强降雨沿斜坡岩体中的结构面裂隙进入斜坡，进一步软化斜坡岩体的软弱层，促使滑面的形成，导致斜坡岩体失稳下滑。

(6) 破坏力大，属典型的高位滑坡。该滑坡的最高点与剪出口高差达到202 m，斜坡陡峭，滑坡最高点至剪出口距离达301 m，且滑体主要来源于高程为1 028～1 157 m的区域，巨大的陡坡重力加速使得斜坡失稳后滑体在短时间内能够获得极大的运动速度，并在向下滑动的过程中刮铲碰撞快速解体形成“碎屑流”，这也是滑坡方量不大却造成重大损失的主要原因之一。

4.2 滑坡变形破坏模式分析

在滑坡详细的实地调查基础上，通过对滑坡的形成条件和特点进行分析认为，该滑坡的变形破坏过程如图7所示。

图7 “8·14”甘洛县埃岱村滑坡形成阶段示意Fig.7 The schematic diagram of the landslide formation stage in Aidai Village，Ganluo County on August 14

(1) 岩体破裂松动。滑坡所处区域为川滇菱形块体的东缘，构造复杂，地应力较高，在河谷下切的过程中，河谷两侧岸坡随着侧向应力的解除，坡体应力将会产生相应的调整，其岩体向临空方向发生弹性回弹变形，进而出现岩体卸荷松弛等一系列浅表生时效变形，使岩体质量下降[16]，加之物理化学风化作用、铁路施工扰动以及短期强降雨等因素的影响，滑源区斜坡的浅层岩体破碎松动，稳定性较差，为斜坡的进一步变形破坏奠定了基础。

(2) 侧缘冲沟的冲蚀(下切侵蚀和侧蚀)，侧向临空面的形成。在早期斜坡演化过程中，坡面形成了一系列的季节性冲沟，正常状况下侵蚀能力有限，但突发强降雨导致该冲沟暴发泥石流，迅速冲蚀(下切侵蚀和侧蚀)沟道，原沟床物质被冲光，并下切至基岩。泥石流的强烈侵蚀不仅扰动了斜坡的浅表层，而且在其沟道两侧形成侧向临空面。

(3) 斜坡变形，坡面裂缝出现。由于滑坡左侧冲沟泥石流的冲蚀，削弱了坡体侧缘的支撑力，抗滑力减小，加之强降雨作用的影响，导致斜坡产生变形，滑源区坡面出现拉张裂缝，以及近似平行于冲沟的羽状裂缝，此时坡体浅层出现剪切滑移面，但并未完全贯通，存在一定的锁固段。

(4) 在重力作用下整体失稳破坏。滑源区岩土体在持续强降雨作用下趋于饱和，重度增加，下滑力也随之增大，最后在重力的作用下，剪切滑移面完全贯通，滑源区斜坡失稳破坏，解体后迅速沿冲沟下滑，形成滑坡。值得一提的是，在滑源区残留的部分滑体表明，滑坡的滑动是下部带动上部，由下到上的过程，这与牵引式滑坡的特征相符[17-18]。

5 结 论

(1) “8·14”甘洛县苏雄乡埃岱村滑坡呈现出高位高速碎屑流的特征，整体可分为滑源区、刮铲区、堆积区、欠稳定岩体和滑坡残余区(残余滑体)5个部分，滑坡后缘高程1 157 m，前缘高程955 m，相对高差达202 m，体积约4.65万m3。

(2) 滑坡位于川滇菱形块体东缘的高山峡谷区，地质环境条件复杂，构造运动强烈，河谷下切卸荷所产生的浅表生时效变形、物理化学风化以及工程扰动等因素的长期作用使得斜坡岩体破裂，坡体结构松散，受罕见短时强降雨入渗引起的斜坡软弱层软化、自重增加以及侧缘泥石流冲蚀等作用的共同影响，突发滑动而形成灾害。

(3) 除强降雨以外，侧缘冲沟泥石流的冲蚀作用是诱发滑坡的主要原因之一。成昆铁路甘洛段沿线垂直于铁路线的坡面冲沟非常发育，在正常情况下，冲沟对坡面岩土体的影响有限，但在极端降雨情况下，冲沟泥石流的冲蚀和对坡面岩土体的扰动极易引发浅层岩土体的失稳破坏。这类滑坡具有较强的隐蔽性和突发性，而铁路沿线又是人类活动相对频繁的区域，这也是“8·14”甘洛县埃岱村滑坡虽然规模不大，但却造成重大损失的原因。因而，成昆铁路甘洛段这类斜坡将是今后汛期隐患排查和防治的重点对象。

(4) 无人机较强的便携性、复杂地形条件的适应性以及影像数据采集的快速稳定性，将其与常规地面应急调查相结合，将会极大地提高突发地质灾害应急调查的效率，使其能更快更好地为应急处置决策和地质灾害隐患排查提供辅助。