青海省囊谦县某高寒山区滑坡灾害特征与预警阈值分析

孙志勇

(青海煤炭地质局，西宁 810001)

0 引言

滑坡是中国常见的地质灾害之一，会造成巨大的经济损失，严重威胁区内群众的生命财产安全[1]。对滑坡形成的地质条件和外因进行分析，有利于评价滑坡的稳定性，进而为滑坡灾害的预警提供重要的参考依据，因此，针对性地开展高寒地区滑坡灾害分析及预警研究具有重要意义[2]。监测预警作为地质灾害综合防治体系建设的重要组成部分，是减少地质灾害造成人员伤亡和财产损失的重要手段，为适应高原复杂的地质环境条件下滑坡灾害的预防工作，开展成因地质分析、岩石力学性能分析、稳定性分析与滑坡预警相关性研究逐步受到重视[3]。对于受高原气候、地质运动和降雨等多因素影响的滑坡物理机制更缺乏研究，受冻融循环和降雨双重作用的滑坡破坏机理更无统一标尺。这使得结合岩土力学分析、降雨渗透分析、冻融影响分析监测数据和预警指标来开展高寒山区滑坡的稳定性评价更有意义。本文围绕囊谦县吉曲乡白玛俄林寺滑坡地质灾害隐患点的变形地质特征及预警进行分析，以提升高寒地区滑坡灾害的预警能力，降低因灾伤亡和经济损失。

1 地质环境特征

1.1 环境特征

滑坡位于囊谦县吉曲乡山嵘村北侧斜坡体上，属大陆性高原气候，具有日温差大、日照时间长、干寒多风、蒸发量大、冻融循环等特点。地处侵蚀构造低高山中前缘地带，坡度一般为 25°～35°，相对高差达 90 m。近年平均降水量652.7 mm，且随海拔升高呈增长趋势，降水主要集中在 6月—9月，占全年降水量的 70%左右。地区最大年降水量715.43 mm，最大 1 h降雨量 30.4 mm，极端最高气温28.1 ℃，极端最低气温-24.1 ℃。

1.2 地形地貌

灾害区地处巴果尕沟谷区(图1)，总体地势呈西南高、东北低形态，最高点位于研究区西南侧泥石流沟脑地带，海拔 4 820 m，最低点位于弄果浪河谷，海拔3 820 m，地形起伏较大，且具侵蚀剥蚀丘陵地貌。山高谷深，地形陡峻，山顶尖锐，山脊线呈锯齿状，基岩出露，受长期风化作用，岩体破碎，节理裂隙发育，出露地层为侏罗系砂岩、古近系砂岩、泥岩。海拔4 300 m以上的高山带，寒冻风化强烈，山坡较陡，分布有连续的片状多年冻土，冲沟较发育。坡面植被较发育，植被覆盖率达65%。

1.3 地层岩性

研究区地层主要为前第四纪侏罗系(J)、古近系(E)和第四纪全新统(Q)。侏罗系岩性为黄褐色砾岩、灰紫色砾岩、中细粒石英砂岩、石英粉砂岩、紫红色泥岩、灰白色石膏岩；古近系岩性为砖红色砾岩、砂岩、泥岩互层；全新统冲洪积砂卵砾石，呈灰黄色—浅黄色，分选性差，磨圆度较好，呈浑圆状，颗粒粒径一般为2～20 cm。

1.4 水文地质条件

高寒山区，地质灾害的发生往往呈一定的空间分布规律，其与水文地质特征有明显的空间相关性。研究区地下水类型可划分为基岩裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水、冻结层水及第四系松散岩类孔隙水。含水层岩性为古近系砂岩、泥岩，主要接受大气降水补给，坡面拉张裂缝、剪切裂缝、地势低洼处及坡体前缘有地下水渗出现象。第四系松散岩类孔隙水，主要受河水侧向渗漏补给以及大气降水的入渗补给。

图1 滑坡地貌特征

研究区西南侧基岩山区海拔高，地形坡降大，大气降水的入渗补给后，转化为地下水，沿基岩裂隙顺坡降运移、径流，一部分以泉水方式排泄于沟谷，形成地表水，一部分以隐蔽方式补给松散岩类孔隙水。

1.5 植被与人类活动

研究区植被具有明显的垂直分带性，下部为山地森林、中部为山地草丛、上部为裸露岩体。研究区植被覆盖率相对较低，植被覆盖度极低。基于寺庙的特殊的文化色彩，建址一般选取在陡峭的山顶、悬崖边上，此次滑坡研究区的寺院在前期建设及后期的扩建中依坡开挖修建，削坡建房等现象突出，对原始地貌产生了较大影响(图2)。

图2 滑坡体地貌特征

2 岩石力学性质分析

境内松散堆积物主要有：冲洪积砂卵砾石、坡积碎石土、泥石流堆积泥质砂砾卵石土等，岩石主要有：花岗岩、大理岩、板岩、页岩、泥岩等。各类岩土物理力学指标见表1～2。

表1 土体物理力学指标参考值表

表2 岩石物理力学指标参考值表

2.1 岩体

主要由砾岩、砂岩、砾岩夹砂岩及砂岩夹泥岩等组成，层状结构、泥、钙质胶结，抗风化能力弱，抗剪强度低，岩体软弱，遇水后易软化，软化系数<0.5，单轴饱和抗压强度5～20 MPa。软岩、软弱层的存在不利于斜坡的稳定。

2.2 土体

结构松散，多构成不稳定斜坡。堆积混杂，结构松散，厚度变化大，多在1～20 m。主要由残积、坡积、滑坡堆积物组成。该类土力学性质差，渗水性强，土体稳定性差。

2.3 冻土

1)季节性冻土：分布全区，据附近浅井揭露，第四纪松散堆积物冻结深度为1.70 m，研究区后缘山区略有增厚，可达2.20 m。5月份随暖季的到来，季节性冻土层从地表开始融化，直至9月底融化层达到最大深度，季节融化层最大深度2.5 m；9月份从地表开始冻结，10月底至翌年4月份全部冻结，年融冻期150 d左右。

2)多年冻土：上限一般在1.5～2.5 m，下限一般>10 m，主要分布于海拔4 500 m以上的后缘山区，因受水文网的纵横切割，多呈不连续的岛状冻土出现，这与滑坡体张拉裂缝发育有一定关系。

3 滑坡机理分析及滑坡裂隙特征

研究区原始斜坡的岩性为新近系泥岩，该层泥岩成岩机理，岩质极软，具有弱膨胀性，遇水极易软化、崩解，抗风化能力差。滑坡区出露地层岩性表层为第四系残破积碎石土。

据囊谦县水利局统计资料显示，几次较大的降水年都曾诱发大量的滑坡、崩塌。自2021年8月10日起，降雨量逐渐增加，8月19日雨量每小时达到8 mm，雨量累计值达约100 mm，并于2021年8月20日4：00发生了滑坡。

本次滑坡方量约25 m3，造成寺院一座僧人闭关所及大经堂墙体不同程度的损坏，本次滑坡未造成直接经济损失，滑坡全貌如图2所示。滑坡发生后，青海中煤地质工程有限责任公司派技术人员会同囊谦县自然资源局有关人员于2021年8月20日前往现场对该滑坡进行了调查。该滑坡体纵长约35 m，横宽约85 m，厚4 m，规模约1.2×104m3，体积约5.2×104m3。目前该滑坡体后缘拉张裂缝呈变宽加深趋势，在强降雨及地震等作用下，有可能发生局部滑坡，对该寺院构成威胁。

经现场调查，该滑坡为一小型推移式土质滑坡，滑坡后缘高程3 704 m，前缘高程3 683 m，滑坡高21 m，坡度45°，滑坡体滑动方向155°，该滑坡正处于蠕动变形阶段。经实地询问调查，滑坡的拉张裂缝分两时间段形成，第一次在2015年7月中旬，主要在滑坡体后缘北侧形成两条拉张裂缝，裂缝长约3～5 m，缝宽0.2～0.3 m，下错0.3 m，可见最大深度0.5 m，呈半圆形分布，如图3所示；第二次在2021年8月20日4：00，主要在滑坡体中上部形成约10余条拉张裂缝，长度在2～8 m，缝宽0.15～0.5 m，整体下错1.0～3.0 m，可见深度0.5～1.5 m，呈东西向分布，如图4所示。

图3 滑坡后缘拉张裂缝

图4 滑坡拉张裂缝

4 失稳机制及预警阈值

4.1 失稳机制

坡度直接关系着坡体内部的应力分布，是坡体稳定性的重要影响因素之一，当坡度范围为40°～50°时，地质灾害的发育程度相对最高[4]。对于软弱相间的地层，在构造运动及外因作用下，中间夹层易形成不利滑面，形成滑坡失稳的有利条件，尤其是高寒山区易风化，灾害发生更为容易。

4.1.1 引起该滑坡失稳的内因

地形地貌条件：该滑坡体呈上陡下缓，平均坡度30°～40°，后缘下错，为滑坡局部失稳变形提供了良好的地形条件；物质组成条件：原始斜坡的岩性为新近系泥岩，该层泥岩成岩机理，岩质极软，具有弱膨胀性，遇水极易软化、崩解，抗风化能力差。

4.1.2 引起该滑坡失稳的外因

降雨和生活用水渗入：囊谦县吉曲乡每年7月—8月常出现强降雨，雨水入渗不仅增大坡体静水压力，而且大大降低土体力学强度，诱发滑坡产生；由于在坡脚处修建僧舍及寺院设施时对坡脚进行了大规模开挖，致使坡脚临空，为发生滑坡地质灾害提供了良好的地形条件；在地震作用影响下，对原始斜坡岩土体结构产生破坏和变化，致使斜坡变形，在其他因素影响下发展成滑坡。

由于强降雨的影响，滑坡体中上部形成约10余条拉张裂缝，长度在2～8 m，缝宽0.15～0.5 m，整体下错1.0～3.0 m，可见深度0.5～1.5 m，呈东西向分布。连续强降雨使岩体软化，抗剪切强度和承载力降低，雨水侵蚀后自重增加，最终在局部脆弱区域形成裂缝，进而形成小型滑坡。

4.2 地表监测与预警阈值

4.2.1 监测设备与设备布置

对滑坡进行监测研究的方法较多，近年来发展也较为迅速，对于滑坡预警需要考虑滑坡体整体的空间形态及变形特征、人类活动空间规律等方面因素。随着高原地区温湿化加剧，降雨是诱发高原地区地质灾害的首要因素，对于滑坡等地质灾害的早期识别预警首先需要从雨量监测等入手[5-6]。

对于此灾害点滑坡地质灾害的预防，共安装GNSS(全球导航卫星系统)地表位移监测设备4台，基准站1台，裂缝计2台，雨量计1台，其设备布置图如图5所示，地质灾害2-2测线剖面图(白玛俄林滑坡地质灾害2-2′剖面图)如图6所示。

采用点线面及视频覆盖的形式进行监测，此次研究区监测设备主要有GNSS检测仪：进行水平位移和垂直位移的监测，监测精度±(10+1×10-6) mm RMS，采样间隔0 s～24 h，工作温度-40～+65 ℃，满足连续30个阴雨日正常工作；地表裂缝计：监测精度±0.1%F·S，主要参数为裂缝宽度、振动加速度、倾角等；雨量计：测量精度±4%，工作温度0～65 ℃，可满足连续30个阴雨日正常工作。

图5 滑坡监测布置平面图

4.2.2 监测与预警阈值

此次预警监测主要参数为地表位移、雨量、裂缝位移等，结合物质组成、水理特性与力学性质进行预警阈值确定。

图6 地质灾害2—2剖面图

从图7可以看出，研究区降雨主要集中在两个时间段，7月中旬及8月中下旬，尤其在8月份降雨时间持续更久，雨量更大，最大值为2021年8月16日，单日降雨量达到26.8 mm。

如图8所示，从地表位移监测1线可以看出(对比图7)，受降雨影响，在潜在滑坡体的西南部，前缘位移分两个阶段比较活跃，总体位移量较小。滑坡体后缘位移量较大，且时间主要集中在2021年8月18日以后，说明强降雨对滑坡体后缘地表位移产生巨大影响，最大差值341.1 mm。

从图9可以看出，滑坡体中部地表形变一直在进行，但总体位移量较小，依旧是后缘位移量大于前缘，说明在滑坡体的中部，受人工活动和降雨双重作用影响较明显，但并不是此次滑坡的主要动力来源。

滑坡灾害的发生是受多方面因素影响的，玉树地震前，2008年，囊谦县共发生滑坡10处，地震后的2012年统计，滑坡地质灾害26处。土质滑坡占57.7%，岩质滑坡占42.3%；按滑体厚度划分，浅层滑坡(<10 m)和中层滑坡占96.0%。滑体滑移特征明显，滑床、滑带完整或局部完整，滑体坡度一般在15°～30°。后缘滑壁完整并呈高危陡坡，并沿该陡坡潜在有次生小规模灾害体。

据囊谦县全区统计显示，降雨量、地表位移直接影响滑坡灾害的发生，统计数据见表3。

图7 雨量连续监测

图8 地表位移监测1线

图9 地表位移监测2线

表3 地表形变和降雨与滑坡发生阈值统计

通过表3可知，日降雨量>22.5 mm的滑坡数量剧增，月累计降雨量>220 mm的滑坡数剧增，当位移量>120 mm时，滑坡数剧增，距离最大降雨量发生后24 h是滑坡灾害高发时间段。且滑坡灾害数量的增多与雨量、位移、持续时间呈正相关关系。

5 结论

该滑坡现处于不稳定状态，季节性冻融循环将会促使其稳定性进一步减弱。另外，据变形监测结果，得出其预警阈值平均相对误差均<2%，通过宏观迹象预测，白玛俄林寺滑坡变形仍将继续加剧，且无收敛迹象，稳定性在冬季过后还会进一步降低，趋于不利方向发展，应尽快采取工程措施进行治理。

1)通过对降水量、地表位移、裂缝发育等进行实测，并与研究区地质条件进行对比分析，地表位移与降雨量有直接关系，位移在滑坡体存在明显的差异性，呈不均匀发育。降雨是造成滑坡局部变形进而发展成为灾害的主要因素，受季节性冻融影响，滑坡体后缘因岩体未遭人工破坏，位移更明显。

2)通过监测与以往地区滑坡发生的对比，研究区滑坡发生的单日降雨阈值为22.5 mm，地表位移阈值为120 mm，最大裂隙阈值为0.23 m，最大时间差24 d。白玛俄林寺滑坡区地表变形位移量后缘大于前缘大于中部，西侧位移量大于东侧，这与西南侧人类活动更为频繁有一定联系。

3)本文研究工作通过雨量计、位移计、裂缝计等进行，在滑坡体发展成为灾害前给出预警，监测数据成果和预警说明此处研究的数据是可靠的，且能真实反映高寒山区滑坡地质灾害发展的实际情况。