1、地震诱发滑坡、泥石流的实例有哪些?
(一)2007年3月25日日本石川地震2007年3月25日9点42分,在日本石川发生6.9级地震。地震造成37栋建筑物遭到严重毁坏,将近90栋房屋无法居住,申请避难的居民达到2000人,供电和供水受到影响的家庭超过5500个。地震后出现了61处滑坡。
(二)2004年10月23日日本新泻地震2004年10月23日17点56分,日本新泻中越地区发生了里氏6.8级地震。地震造成了1000多处不同类型的滑坡。地震引起的大规模滑坡形成50余座堰塞湖。
(三)2008年6月14日日本岩手地震2008年6月14日8点45分日本岩手发生7.2级地震,造成10死亡12人失踪,至少231人受伤。地震造成山体滑坡频发,在北上河上游的支流中发现7处堰塞湖,河水已经被因滑坡垮塌而产生的泥沙阻断。这次地震的死亡的人中,大部分人是地震次生灾害造成的。1名55岁男子在海边钓鱼被地震中从山上滚下的石头(岩崩)卷入海中溺水而亡;1名48岁的男子在水库工地中作业时被滚石(岩崩)击中身亡;还有1人在宫城县的某温泉附近遭遇山体滑坡而殒命。
(四)2008年5月12日汶川地震2008年5月12日14时28分,以四川汶川为震中发生了MS8.0级大地震。地震造成了巨大的人员伤亡和经济损失。这次地震中,地震诱发的次生地质灾害非常发育,这是山区发生特大地震形成的典型现象。采用遥感和实地调查相结合的方法,在约48678平方千米的地震滑坡影响区域内,解译调查出汶川地震诱发滑坡灾害48007个,覆盖面积约71.8平方千米。实际数字可能高于这个统计结果。灾情比较重的四川、陕西和甘肃3省地震灾区的84个县(市)调查统计,共排查出重大地质灾害点8439处,其中滑坡4372处,崩塌2309处,泥石流515处,其他地质灾害1243处,分别占地质灾害总数的51.81%、27.36%、6.10%和14.73%。地质灾害共威胁1093667人。
在汶川地震诱发的次生地质灾害中,滑坡(包括岩崩)和泥石流占地质灾害的80%以上。在北川县城,这一现象非常明显。北川中学(新区)被滑坡全部掩埋(图7-2)。2008年9月24日北川一带突降暴雨,导致区域性泥石流的暴发,位于北川老县城附近的西山坡沟暴发大规模泥石流,泥石流冲入县城,几乎全部淤埋老县城(图7-3)。原北川中学后山任家坪沟暴发泥石流,掩埋村庄和原北川中学宿舍区,并直接威胁其下游居住有300多人的灾民安置区。这次9.24暴雨泥石流灾害导致42人死亡、失踪,由于通往乡村道路几乎被泥石流全毁,使4000多人被围困山里。此外,沿江等河流两岸新爆发的泥石流比比皆是,多处堆积扇对主河道造成顶托,加之河流泥沙含量高,水位上涨快速,使两岸低地居民安置区的居民安全受到严重威胁。本已遭受严重破坏的北川县城房屋建筑和街道,再次遭受次生地质灾害的重创,雪上加霜,被泥石流掩埋,很多房屋只露出屋顶的部分或只有顶部1~2层。
2、地震对地形的影响:造成山体滑坡和崩落,大地褶皱和开裂,地面隆起( )或塌陷
形成大山
3、应对地震滑坡、泥石流的措施有哪些?
地震滑坡、泥石流灾害分布广,且多发生在人口稀少的山区,工程治理困难、成本高。防治地震滑坡、泥石流灾害,应贯彻躲避和综合治理相结合、长远的措施和短期的工程措施相结合的原则,合理制定对策。
(一)长远应对措施为防治地震滑坡和泥石流的危害,从长远的角度考虑应科学地开发山区和建设山区,保护山区林业。
(1)合理地进行震区工程建设。震区工程建设,如修建铁路、公路、桥梁、工厂、矿山、水库、城镇等,应合理地进行。工厂、城镇尽可能选在开阔的盆地和平原上,绝不能建在滑坡体上;铁路、公路、桥梁、车站应尽量避开滑坡和泥石流的活动范围。在设计上尽可能少对边坡进行开挖或不开挖。矿山必须进行科学开采,在开采中要有排水措施。矿渣、废土堆放在少水、低洼的开阔地区,严禁盲目乱开、采乱和乱堆废矿渣,以防止破坏山体的稳定性。
(2)植树种草、保护植被。植树种草、保护植被是防止水土流失的一种有效方法,它不仅可以防止滑坡和泥石流的发生,还可以改善生态环境。植树造林应贯彻乔木林和灌木林相结合、草被与植树相结合的原则,因地制宜,根据土质条件和气候特点选择适当造林方法,科学种植,精心管理,各地方政府统一规划,分区、乡、村包干,保证植树造林的进行。当前尤应搞好退耕还林、封山育林、消灭病虫害、防止森林火灾等工作。在我国南方大部分地区,因雨量较多,湿润的滑坡和泥石流地区,只要加强管理就能自然恢复。在雨量较少、气候干旱的西北、华北地区的滑坡和泥石流区,草被自然恢复时间较长,应选择合适的草种进行培育。在裸露地区和干旱地区,造林难以成功,往往要先恢复草被,以草护苗。
(3)严格执行有关规定,重要建筑避开潜在滑坡、泥石流等地质灾害影响区。在进行城镇规划建设、学校、医院、车站、机场、影剧院等大量容纳人群建筑,交通主干线建设之前,都应该进行地质灾害评估和地震安全性评价,采取有效措施加固建筑或者治理潜在滑坡、泥石流。最好是避开滑坡、泥石流等地质灾害影响区范围。在地质灾害易发区内进行工程建设,必须在可行性研究阶段进行地质灾害危险性评估。在地质灾害易发区内进行城市总体规划、村庄和集镇规划时,必须对规划区进行地质灾害危险性评估。地质灾害危险性评估,必须要对建设工程遭受地质灾害的可能性和该工程建设中、建成后引发地质灾害的可能性做出评价,提出具体的预防治理措施。地质灾害危险性评估的主要内容是:阐明工程建设区和规划区的地质环境条件基本特征;分析论证工程建设区和规划区各种地质灾害的危险性,进行现状评估、预测评估和综合评估;提出防治地质灾害措施与建议,并做出建设场地适宜性评价结论。
(二)地震中期预报后应对措施中期预报的地震危险区内应进行滑坡、泥石流的调查勘测,圈定危险区,制定防治规划,对一些重要的危险区采取必要的工程措施。
(1)进行滑坡和泥石流的危险性调查,制定防治规划。应对预报区进行一次普遍的地质调查,圈定滑坡、泥石流可能发生的危险区段,并对未来发震时滑坡、泥石流的规模、大小进行预测。对重点的、可能的滑坡、泥石流进行系统的测量,制定防治和震后应急救灾的规划。
(2)地震滑坡和泥石流的工程治理。中期预报后,应根据滑坡调查的情况,对重要建筑如水库堤坝、人口密集的村镇、交通干线及枢纽等附近的具有滑坡、泥石流潜在危险性的区段进行工程治理。
1.地震滑坡灾害的工程治理地震滑坡的工程治理分为减滑工程和抗滑工程两类。减滑工程的目的在于改变滑坡的地形、土质、地下水等状态,就是改变其自然条件,从而使滑坡运动停止或缓和;抗滑工程则在于利用抗滑的工程建筑来阻挡全部或部分滑坡,减轻或免于地震滑坡灾害。其主要滑坡的工程治理措施有:(1)排除地表水。雨水、泉水、池沼、水库、渠道的渗透,可使滑坡激化,所以必须防止水的渗透。
(2)防渗处理。就是对边坡的坡顶及坡面进行被覆处理。在透水性强的地段,应对已发生的裂缝,用黏土或水泥浆填充,并用薄膜覆盖;在透水性弱的地段,对重要部位也应采取防渗处理。
(3)水沟排水工程。水沟排水工程是把滑坡区内的雨水迅速地汇集,排除到滑坡区外的方法。水沟排水有集水沟和排水沟两类方法。集水沟是以沟渠为主,横贯斜坡,汇集雨水和地表水;排水沟为将汇集的水排出滑坡区。排水沟应采用较陡的坡度,保证排水要求,每20~30米设计一个连接点,在松软的地层中采用固定排水管线;排水沟的末端要置墙。
(4)排除地下水。按地下水埋藏深浅采用不同的方法。对于地表以下3米的浅层地下水,可采用暗沟和明沟结合排水。暗沟也分集水暗沟和排水暗沟。一般每20~30米设计一个集水池或检查井。对于3米以下地下水,釆用钻孔排水。3~5米的地下水采用水平钻孔排水,5米以下的地下水采用斜孔排水。孔径一般采用06毫米的钻头为宜。可同时布设2~3层钻孔,不仅排除深层水,也可以排除浅层水。地下水从其他区域沿着含水层或其他通道大量流入滑坡区时,应在滑坡区外设置地下水截水墙,将流入滑坡区的地下水予以截断,并用钻孔诱导排出地表。这种方法选择位置要适当,否则会导致滑坡的加剧。
(5)削方减重法。主要用于小型滑坡。在掌握滑坡的规模、滑坡面的分布及地震时可能滑动的情况后,削去滑坡后部的土体,前沿填土夯实。
(6)抗滑桩。在滑坡前沿用钻头垂直地穿过滑动面,再插入钢管或工字钢,桩基应打入滑面以下1/3;也可以用直径1.5~2.0米的竖井来代替钻孔,井中全部用钢筋混凝土充填。抗滑桩既有抗滑阻挡作用,又有铆固增加预应力的作用。
(7)挡墙滑坡。前沿挖开后,以网架方式建筑钢筋混凝土墙作为滑坡前沿反压填土的支挡工程,以稳定单个滑坡体,同时对上部斜坡的滑动块体也起到稳定作用。
(8)河流建筑物。由于河流的侵蚀,河床下切,河岸遭受冲刷,损害坡体的稳定,往往在地震时易发生滑坡。可采用防护堤护岸,加固河床或用导流工程防止河流对河岸的冲刷,保护岸坡的稳定。
2.地震泥石流灾害的工程治理治理泥石流是一项十分艰巨、耗资巨大,而且至今尚未完全解决的难题。因此,在泥石流活动区修建居民点、工矿企业、交通干线等,都以躲避为上策。对于无法躲避、必须在泥石流区内建筑的工程,在对泥石流的治理上也要注意从上到下(从源头区—径流区—堆积区)综合治理,要结合当地具体环境,因势利导地进行总体设计,诸项措施配套进行。主要的泥石流工程治理措施有:(1)蓄水、引水工程。一般在水体补给区修建调洪水库、引水渠和截流水沟等。调洪水库的设计标准要比灌溉水库的标准高,适当考虑提高设计烈度,以防地震时水库溃决,形成特大的泥石流和水灾。引水渠可按一般水渠工程设计。截流水沟的设计同滑坡的截流水沟,在施工中保证质量,严防漏水。
(2)拦挡工程。包括拦沙坝、谷坊、挡土墙和护坡,按一般土建工程建筑设计施工。
(3)排导工程。包括排导沟、渡槽、急流槽、导流堤、顺水坝等,多数建在流通区和堆积区。
(4)停淤工程。包括停淤场和拦淤库。一般建在下游开阔平坦的河床段或平坦低洼的堆积扇上。通常与导流堤、拦淤堤和溢流堰共同组成。导流堤和拦淤堤的设计与排导沟、导流堰的设计大体相同;溢流堰的设计与拦沙坝及溢流口的设计相似,但应注意溢流堰的位置选择与两侧拦淤堤(或沟岸)的衔接。
(5)改土工程。包括改田改土和轮耕等。一般泥石流的沟坡上不宜造梯田,尤其在崩塌地区,当做出地震预报之后绝对禁止耕作。梯田、道埂需要用块石加固,沟渠洼地里修梯田时,要留有足够宽度和深度的排水沟。
(三)地震临震预报后应对措施(1)进行滑坡动态监测。短临预报期间,应对村、镇以及要害建筑物附近的滑坡进行监测。可用形变方法,如水平形变网,垂直、水平位仪,倾斜仪,电阻应变片等进行滑坡和滑坡体上建筑物的变形观测。选择滑坡体上钻孔、泉、民用井等进行地下水水温、水位、水化学成分动态观测,以掌握滑坡稳定程度和发展趋势,及时预报滑坡和泥石流活动情况。
(2)实施滑坡和泥石流紧急工程措施。短临预报期内,应对重要建筑物附近的潜在滑坡、泥石流采取紧急工程措施。可以改变滑坡体的外形,采用后部挖方削减、前部填土夯实的方法,加强滑坡的稳定性,减少滑动的危险性。用引导工程改变滑坡、泥石流原来的滑向和流向,使其不能成害;在滑体内和松散固体物质中,要加宽各种排水沟和钻孔,尽量把地表水和地下水排出滑坡区和泥石流形成区。要对一些特殊地区或特殊泥石流抓紧进行整治,用水泥浆通过浅钻和浅井进行加压灌注,用电渗等方法固结松散物质;用化学凝固剂胶结矿渣,以防止矿渣液化泥石流。
(3)对危险区内的群众进行疏散。对危险区应进行技术、经济分析,权衡投资效益,确定采用工程措施还是采取搬迁。对于不能用工程整治或工程整治经济效益很低的危险滑坡、泥石流,应对居住和建立在滑坡体上和滑坡堆积区、泥石流堆积区、淤塞区、流经区的居民、工厂、矿山进行搬迁疏散。搬迁应由当地政府统一组织安排。
(四)地震时逃生方法(1)滑坡的躲避。当滑坡体下滑时,应垂直滑坡前进方向逃跑,在滑坡堆积区应向两侧高处跑,不能向滑坡正对面山上跑。滑体上的人应尽快跑到安全地段。
(2)崩塌和滚石的躲避。崩塌体积小,距离不远,崩塌往往伴随滚石造成灾害,躲避时也要往两侧逃跑。当逃跑不及时,可以躺在地沟或陡坎下。
(3)泥石流的躲避。泥石流的流速与地形坡度有关。坡度越陡,泥石流的比降就越大,它的流速越快。一般流速每秒钟5~6米,最快的达每秒钟15米。在泥石流的流经区和堆积区只要听到泥石流的声音和发出的泥石流警报时,立即向主河道两岸的高山地区安全地带逃跑。在泥石流通过区两岸和泥石流注入主河道的对岸处要跑到相当的高度才安全。
(五)地震后应对措施(1)人员救护。在滑坡体上,由于滑动,房屋倒塌,可造成人员伤亡。在泥石流通过区,两岸和边缘区由于冲击物的推移,房屋倒塌。在泥石流的流经区或堆积区内,钢筋混凝土结构的房屋下部被摧毁,但上部可能保存,这些房屋内的人员尚可成活,应组织人员搜寻这些毁坏的建筑物,救护人员。有时地震泥石流往往多处同时爆发,山头被包围,成为孤岛,且其常有幸存者,应及时进行救护。必要时,应空投食品、衣物、药品等,或使用直升机救人。
(2)清除堆积物。首先清除交通要道上的堆积物,恢复交通。其次,清理工厂、矿山的重要机器设备。
(3)防治后发型滑坡和泥石流。为防治后发型滑坡、泥石流,震后应进行紧急调查,确定近期危险区和震后雨季危险区,根据情况,实施紧急工程、搬迁等措施,把后发型滑坡和泥石流灾害减小到最低限度。
(4)重建家园的选址。应总结滑坡、泥石流灾害的教训,科学地选择重建家园的地址,要避开沟谷两岸以及滑坡体、泥石流流通区,选择开阔、较高的平地或在完整的基岩上建房。
4、地震滑坡触发特征分析
根据上述特征,可以将汶川极震区地震滑坡初始启动的动力过程划分为四个阶段(图5-2)。
图5-2 汶川地震滑坡动力演化示意图Fig.5-2 Dynamic evolution of landslide e to earthquake trigger
一、初始斜坡
斜坡高度一般200~300m,最高可达600m,如青川东河口滑坡。斜坡上部坡度可达60°~80°以上,岩体卸荷,山体结构破碎,节理非常发育,特别是沿发震断裂带大多形成大型高速远程滑坡。从岩性上分析,由汶川至北川,再至青川,主要为寒武系至志留系片岩、千枚岩、砂页岩等,是滑坡崩塌多发岩层;在都江堰、汶川一带,花岗岩体经过长期强烈挤压,节理发育,是滑坡、崩塌、泥石流的多发地段,其中,巨石崩落造成了巨大威胁;在绵竹、什邡、安县、彭州等山区,厚—巨厚层碳酸盐岩被大型节理、断裂分离,形成了多处大型滑坡崩塌堰塞湖(照片5-9)。
照片5-9 安县雎水滑坡崩塌堰塞坝特征Photo 5-9 The Jushui rockslide and the dammed lake
二、地震抛掷
汶川地震烈度高达Ⅺ度,地震加速度大于lg,特别是在斜坡山体上部,地震加速度明显放大。据实地调查,滑坡附近震毁建筑物垂向震动非常明显,因此,应考虑竖向加速度作用。也就是,上部山体所遭受的地震力具抛物线特征,由竖向和水平地震力联合作用,即
汶川地震地质与滑坡灾害概论
其中:f—地震联合作用力,显然,地震力方向朝上;fh—地震水平力;fv—地震竖向力。
胡聿贤(2005)等开展过地震震动衰减规律和地震加速度饱和问题的研究,但是,对于以逆冲为主的龙门山地震断裂而言,用现有经验公式难以解释。例如,采用钱德拉(Chandra U.,1979)和巴蒂斯(Battis J.,1981)联解进行地震加速度、地震震级和震中距分析,即
汶川地震地质与滑坡灾害概论
其中:a—地震加速度(cm/s2);M—地震震级;d—震中距(km)。
因此,若震中距d<2km,M=8.0,那么,在汶川地震断裂上,地震加速度可达2.91g。这一推断缺乏实测数据进行修正,因为,上述公式主要依据于具走滑特性的圣安德烈斯断裂的烈度衰减规律。根据地震加速度台站记录,卧龙地震加速度为0.9g,紫坪埔大坝坝顶放大为2.0g,江油为0.6~0.7g,青川0.4g。中国地震局工程力学研究所在什邡八角镇记录到了汶川地震的地面加速度(Wang Zifa,2008),强震动持时大于25s,东西向最大地面水平加速度为0.55g,南北向最大地面水平加速度为0.59g,而竖向最大地面加速度为0.64g,反映出对于逆冲型地震来说,极震区的竖向地震力要大于水平向地震力(图5-3)。该测站距龙门山主发震断裂约8km,因此,估计在地震极震区,特别是映秀—北川一带,地震加速度可达1.5g,在斜坡上部,地震加速度应放大1.5倍以上。
图5-3 什邡八角镇汶川地震地面加速度记录(据Wang zifa,2008)Fig.5-3 Ground motion record of the wenchuan earthquake,bajiao Shifang(after Wang Zifa,2008)
大量实例表明,在汶川地震震中区,触发滑坡的地震竖向力作用是非常明显的。实际上,关于竖向地震力的问题,很早就受到关注,钱培风教授(1983,2002)通过大量调查提出了“传统认为水平地震力起主导作用的观点是错误的,实际上是竖向地震力起主导作用”的观点。当然,地震加速度的作用非常复杂,不能一概而论,它不仅取决于震级、震中距,还与地震断裂类型、传播方向、地形地貌、地质结构密切相关。梁庆国等对地震竖向力作用下的节理岩体失稳破坏亦进行了研究,提出“岩体地震动力破坏问题的认识应充分考虑垂直向地震动的重要影响”(2007)。许强等(2008)也提出了地震抛掷作用的见解。
Coller C.J.和Elnashai A.(1997,2001)研究了不同震级下,随着震中距的变化,竖向和水平地震加速度地震变化特征。总体上,随震级增大,竖向和水平地震加速度地震之比相应增加,即竖向加速度的作用愈加明显;当地震震级Ms<7.5级时,水平地震加速度(Ha)大于竖向地震加速度(Va),但是,当地震震级Ms=7.5级时,若震中距小于10km,竖向地震加速度要高于水平地震加速度。根据图5-4的记录结果,汶川地震地面加速度似乎也满足这一规律。综合上述分析结果,在图5-4中增加了汶川8.0级地震时的变化曲线,在震中距小于10km的极震区,即龙门山主中央构造带汶川映秀—北川—青川300km的地震带上,竖向地震加速度应大于水平地震加速度。
必须指出,以往在滑坡稳定性分析评价以及防治工程中,大多仅考虑了地震水平力,未考虑地震竖向力的作用,在强震区滑坡稳定性分析中,应该作出必要的修正。
图5-4 竖向(Va)与水平地震地面加速度(Ha)随震中距之比(据Elnashai A.S.,1997修改)Fig.5-4 Ratio between Vertical and Horizontal acceleration Va/Hadepending on the epicenter distance(modified from Elnashai A.S.,1997)
由于现场实测强震加速度数据非常有限,给滑坡的地震动力分析带来很大困难。因此,在某些地段,仅能通过邻近建筑物的破坏形式推断地震时的动力作用特征。
照片5-10揭示了位于映秀震中区中央断裂带破裂面下盘20m(东侧)的六层在建建筑物的破坏特征,其中:
照片5-10a:反映汶川映秀震中龙门山断裂带地表逆冲破裂,高度约2m。在建的6层建筑物位于破裂带下盘(东侧)约20m。
照片5-10b:该六层建筑物受地震力作用,二层楼被毁,同时,上部四层楼整体向东平移0.5m,显示水平和竖向地震力的联合作用。
照片5-10c:该六层建筑物一层上部横梁被上部建筑物冲击开裂毁坏,显示垂向地震力作用强烈。
照片5-10d:距龙门山主中央断裂带约1km的映秀漩口中学学生五层宿舍建筑竖向“X”破裂面发育,第一层楼已被毁,显示震中区竖向力作用明显。
汶川地震地质与滑坡灾害概论
照片5-10 映秀震中区建筑物破坏特征Photo 5-10 Damaged structure features e to earthquake in the Yingxiu epicenter zone
三、撞击崩裂
上部山体被抛掷后,迅速下坠,并撞击下部基岩凸起或台阶,形成光圆的凸起或台缘。地震力主要为水平惯性力,而竖向力以重力为主导,联合作用力方向朝下。在撞击区,出现动摩擦,致使滑带土结构重组。
照片5-11显示了成都彭州白鹿镇山体在地震力作用下,上部崩滑体被分离母体抛掷,然后在台缘与下伏基岩发生撞击崩裂,转化为高速碎屑流。崩滑体纵长约20m,高50m,横宽约100m,体积约10×104m3,形成了长约200m的碎屑流堆积。
照片5-11 彭州白鹿镇上部崩滑体撞击后形成碎屑流Photo 5-11 The debris flow e to the upper rockmass avalanche crash,Bailu,Pengzhou
四、高速滑流
上部滑坡或崩塌体发生撞击后,崩解粉碎,发生3种效应:第一,形成高速气垫效应,滑坡体由较大块石和土构成,具有一定厚度,飞行行程可达1~3km;第二,形成碎屑流效应,粉碎的较细土石呈流动状态,特别是含水丰富时,形成长程流滑;第三,形成铲刮效应,巨大撞击力导致下部岩体崩裂,形成新滑坡、崩塌,但其厚度不大,滑床起伏不平。
5、滑坡的影响及其后果
滑坡影响主要针对两类基本环境:建筑环境和自然环境。有时候,这两种环境也有相互交叉的情况,例如,被采伐的农业用地和森林用地。
●滑坡对建筑环境的影响
建筑物无论是位于滑坡体上还是在滑坡附近,滑坡都会对其产生影响。在不稳定边坡上修建的居民住房可能会遭受局部或完全破坏,因为滑坡会使房屋的地基、墙壁、周围设施、地上和地下设施等失稳或破坏。滑坡可能会影响大片的居民区,也可能只影响极少数的居民。同时,滑坡对某些线性工程(如主干污水管、水管、电线管,以及常用的道路)的破坏,可能会造成一定损害。商业建筑受到的影响常和居民区一样。如果这个商业建筑是如食品、商店类的日常商店,其后果会更严重,因为滑坡造成的房屋结构破坏或交通不便可能会使商店破产。
如泥石流类的高速滑坡,由于在没有任何预警状态下发生,运动速度太快以至于来不及采取任何减灾措施,加上其本身具有的能量和破坏力,成为对结构物最具破坏性的滑坡类型。
高速运动的滑坡可以将建筑物完全摧毁,相反,缓慢运动的滑坡可能只会使建筑物轻微受损,并且其缓慢的运动也会给减灾措施提供时间。但如果置之不理,则缓慢运动的滑坡在经过一段时间后也可能完全摧毁建筑物。在陡峻地区发生的碎屑流和火山泥流,由于其极高速的运动和强大的能量,可以在短时间内摧毁城镇或邻近地区的建筑物和生命线。滑坡运动的性质和它们可能持续的时间(数天、数星期或数月)也决定着灾区的建筑物重建进程,除非采取适当的减灾措施;有时即使采取了措施,也不能保证其稳定性。
滑坡可能造成的最大危害之一应该是对交通的影响,在世界范围内这种影响给很多人的生活带来不便。在公路和铁路沿线的切坡及填土中产生的破坏,以及起因于公路和铁路路基下伏软弱层或易滑层的破坏,是非常普遍的问题。岩崩可能对旅行者和步行者造成伤害,并损害建筑物。所有类型的滑坡都可能造成短期或长期的道路堵塞而给商业交通、旅游交通甚至紧急交通带来不便(图1.29)。即使是缓慢的蠕变也可能对线状结构物造成危害,并给设施的维护带来困难。图1.29显示了某滑坡堵塞某主要高速公路的情况。滑坡堵塞高速公路的情况在世界各地普遍发生,其中大多数可以采用推土机轻易除去。但有些时候,如图1.29所示,可能需要大量开挖和进行至少是短期的迂回,严重情况下可能需要关闭该公路。
图1.29 2001年发生在泛美高速公路附近的滑坡,位于中美洲萨尔瓦多,靠近San Vicente镇(A land slide on the Pan American Highway in El Salvador,Central America,near the town of San Vicente,in 2001)(照片来源:美国地质调查局,Ed Harp)
随着世界人口的不断增长,滑坡可能产生的危害也逐渐增长。这种趋势迫使人们在走投无路的情况下,向那些过去被认为是不适于居住的地方迁移。不明智的甚至是不存在的土地利用政策容许在那些更适用于农业、开放型公园等非居住型地段修建住房。许多社区常常并没有考虑对那些不安全的建筑行为实行制约,也没有任何法律条文或专家处理此类事件,因此,使滑坡灾害无法得到控制。
●滑坡对自然环境的影响
滑坡通过以下方面对自然环境产生相当大的影响:
(1)地球表面的地貌(位于陆地和海洋的高山和深谷系统)。山谷地貌严重受到大型滑坡体沿坡向下运动的巨大影响。
(2)覆盖大部分陆地的森林和草场。
(3)生存于地球表面及河流,湖泊和海洋的野生动物。
图1.30,图1.31和图1.32显示了几个非常大规模的滑坡以及它们如何改变地貌,影响河流、农田和森林的情况。
图1.30 位于美国加利福尼亚州的Mount Shasta活火山(The active volcano,Mount Shasta jn California,USA)。注意山前地貌,形成于30万年以前的一次岩屑流。那场岩屑流自火山处经过长距离运动,造成了到现在还能清晰可辨的持续地形(照片来源:美国地质调查局,R.Crandall)
图1.31 在南美洲厄瓜多尔东北部的Río Malo(从左下流入)和Río Coca两条河流的汇流处下望的景色(View looking downstream at the confluence of the Río Malo(flowing from lower left)and the Río Coca,northeastern Ecuador,in South America)。两条河流的河谷都被1987年Reventador地震引发的泥石流带来的堆积物所充填。在地震发生前的几天里,该地区的边坡被暴雨所饱和。碎屑滑坡,泥质滑坡,岩屑流,泥石流,土流以及洪水摧毁了穿越厄瓜多尔的40多千米输油管道,和连接Quito的唯一一条高速公路(照片来源:美国地质调查局,R.L.Schuster;引自Schuster Robert L等,2001)
森林、草场和野生动物常常遭受滑坡带来的负面影响,体现为动物、鱼类极易受到伤害,有时会产生短期死亡甚至灭绝。然而,因为滑坡相对来讲只是局部的事件,植物群和动物群能随时间逐渐恢复。另外,最近的生态学研究表明,在一定条件下,在中、长时间段内,滑坡可能通过直接的方式或通过改善它们所依赖的食物的有机体,造福于鱼类和其他野生动物。
以下是普遍地发生在自然环境中的一些滑坡实例。
海底滑坡(水下滑坡) 是一个一般名词,用来描述发生在海洋浅部或深部的地质体的沿坡向下运动。这类事件会对海岸线深部造成极大影响,最终影响到码头和航运。这种类型的滑坡可能发生在河流、湖泊和海洋。地震引起的大型海底滑坡曾引发灾难性海啸,如1929年发生的Grand Banks海啸(加拿大Newfoundland的海岸一带)。
图1.32 位于美国科罗拉多州的Slumgullion滑坡(The Slumgu IIion landslide,Colorado,USA)。该滑坡(以前曾被称为泥流)堵塞了Gunnison River河的Lake Fork湖。曾引起河谷的洪水并形成了Lake Cristobal湖(照片来源:美国地质调查局,Jef Coe)
海岸岸坡后退(或陡壁侵蚀) 是另一种滑坡作用于自然环境的常见效应。岩石和土体的落体运动、滑动和碎屑流是滑坡影响海岸地区的常见形式。然而倾倒破坏和土石流动现象也时有发生。从被侵蚀的岩壁上下落的岩石块对那些在下面靠近岩壁的海滩使用者尤其危险。大量的滑坡物质可能对鱼类和海藻造成伤害,而在水体中快速的滑坡体堆积则常常会改变附近的水质。
滑坡坝 可能在大型滑坡截断河流时自然形成,并在其后形成堰塞湖。大多数滑坡坝只能在短时期内存在,因为其后的水体会对坝体产生侵蚀而导致滑坡坝溃决。如果滑坡坝不被自然地侵蚀破坏或被人为改观,它将形成一个新的景观——滑坡湖。滑坡湖可能延续很长的时间,也可能突然被释放而在下游产生巨大的洪水。人们有许多方式可以减轻滑坡坝带来的潜在危险,其中的一些已经在本书的关于安全和减灾的章节中进行了讨论。图1.32为Slumgullion滑坡,为世界上最大的滑坡之一。滑坡形成的滑坡坝是如此长,从形成开始到现在已经持续了700多年。图C53,C54和C55(见附录C)还显示了其他一些大型滑坡坝的特征。
请参阅附录C,了解有关滑坡坝减灾的更多的信息。
6、多少地震烈度需考虑对滑坡的影响
?
7、地震滑坡、泥石流的特点有哪些?
(一)地震对滑坡和泥石流的形成有触发和促进作用地震时是否发生滑坡和泥石流,主要还是受当地的地貌地质背景控制。简单而言,当地要具备发生滑坡和泥石流的基本条件,要有适当的坡度,而且岩石和土石等结构不是很坚固等。地震只是起触发和促进的作用。地震往往造成两种类型的滑坡和泥石流。一是地震时形成的滑坡和泥石流。在地震的触发下出现的滑坡和泥石流。二是后发性滑坡和泥石流。地震使斜坡产生新的破坏,地震后滑坡和泥石流才发生。地震对滑坡和泥石流的作用在于:触发滑坡和泥石流的滑动或流动;促进滑坡和泥石流的形成。这种作用主要表现在以下三个方面:(1)地震力的作用使斜坡体承受的惯性力发生改变,触发了滑动和流动。
(2)地震力的作用造成地表变形和裂缝的增加,减低了土石的力学强度指标,引起了地下水位的上升和径流条件的改变,进一步加剧了滑坡和泥石流的形成。
(3)地震触发的崩塌、滑坡、冰崩、雪崩、堤坝决崩以及其他水源的变化等,为泥石流提供了大量的松散固体物质和水源,进一步扩大了泥石流的规模。
(二)地震的类型、震级和烈度等与滑坡、泥石流的关系密切1.地震类型与滑坡、泥石流的关系“群震型”的地震比“主震-余震型”的地震诱发的滑坡、泥石流要多,规模要大。“群震型”的特点是地震能量分多次释放。第一次地震地表产生破坏之后,紧接着第二次、第三次地震,产生的破坏要严重得多,所以形成的滑坡和泥石流多而大。
2.地震滑坡、泥石流与地震震级、烈度的关系地震滑坡、泥石流的活动与地震震级、烈度具有明显的关系。一般而言,地震震级越大、深度越浅,滑坡(崩塌)和泥石流越易发生。4.0级左右的地震可以诱发滑坡(崩塌)。2010年1月17日,贵州关岭、镇宁和贞丰县交界处发生的34.级地震,造成至少5处岩崩,造成6人死亡、9人受伤。5.0级地震诱发滑坡和泥石流的区域可达10多平方千米。8.0级以上的地震,诱发的滑坡和泥石流的区域可达几万平方千米。在相同条件下,地震震级越大,诱发滑坡、泥石流的面积也越大。
(三)地震滑坡、泥石流规模大、形成时间短地震造成的滑坡和泥石流与自然形成的滑坡和泥石流相比,规模大、形成时间短。一般自然形成的滑坡和泥石流,发育过程要经历较长的时间(几年到几百年),并有明显的阶段性。而在地震的突发作用下,处于极限平衡或接近极限平衡的山坡在刹那间就可完成裂缝、下滑的全过程,从而快速形成滑坡。地震造成的泥石流也是在震时或震后降雨时迅速爆发的。
(四)地震滑坡、泥石流灾害延续时间长、反复性大一次强震之后发生大量的滑坡和崩塌,滑坡、崩塌为形成大型的泥石流提供了物质来源。泥石流在流动的过程中对河床进行下切,两岸进行冲刷和刮挖,这样使边坡又失去平衡,产生新的滑坡。这样循环反复互为因果,因而地震滑坡、泥石流灾害延续时间长且反复性大。一般从地震开始,一直延续到次年乃至数年后。
8、地震滑坡形成特征分析
汶川地震滑坡的滑床往往不具连续平整的滑面,上部滑体被地震力抛掷后与下部滑床边缘发生“撞击”是极震区滑坡的一大共性,其中,以下列五种类型滑坡、崩塌最为典型。
一、阶型滑坡
高位岩体被缓倾和陡立两组不连续面切割,在垂向和水平加速度作用下,被抛掷,并与台缘发生撞击,下伏基岩形成明显的向外缓倾的阶型台面。
在基岩平台上部堆积有上部滑体与基岩撞击后残留的松散堆积体,基岩表层和浅部被铲刮,形成次级滑动,下部形成滑坡-碎屑流堆积。平武县平通镇牛飞村的滑坡位于中央断裂带2km范围内,滑床具有典型的台阶型(照片5-1),台阶纵长约50m,横宽可达100m,向坡外缓倾。滑坡母岩为早寒武纪地层,主要由板岩构成,层状结构明显,易于形成缓倾平台。在台缘撞击后形成碎屑流,冲入江中阻塞河道形成堰塞湖。同时,碎屑流继续爬升到对岸约30m,形成气浪溅泥堆积,中断公路。
照片5-1 平武县平通镇牛飞村阶型滑坡Photo 5-1 The Niufeicun staircase-shaped landslide,Pingwu county
二、凸型滑坡
在垂向主导和水平地震加速度作用下,高位岩体被抛掷后与下伏基岩强烈撞击,散体后再次铲刮下部基岩表层,形成高速碎屑流或长程滑坡。新形成的滑床中部明显凸起。
都江堰龙池滑坡位于主中央断裂带范围内,滑床中部具有显著突起,突起面积占滑床总面积的60%以上,与传统的重力滑坡形成显著区别(照片5-2)。滑坡的母岩为震旦系花岗岩,在长期的内外动力作用下,岩体表层较为破碎,但是,风化差异大,深部难以形成统一的滑带。上部滑体与基岩撞击后,形成瀑布状碎屑流,堵塞河道形成堰塞湖,产生高速气浪冲毁数间房屋,并将一在山脚院坝的村民吹到了马路对面的一层房顶上。
三、勺型崩滑
追索原有潜在的滑床形成,滑床类似圈椅型,但崩滑坡体未形成典型的整体圆弧滑动。此种类型的崩滑体大多处于位置较高的陡倾斜坡上,母岩较为破碎,或为原有的老滑坡、崩塌体。因此,崩滑体高位剪出或崩落后形成长程高速碎屑流或崩塌。
照片5-2 都江堰龙池沙子坡凸型滑坡Photo 5-2 The Shazipo convex-shaped landslide,Dujiangyan city
在地震发生前,都江堰百花大桥崩滑体已形成崩塌。地震发生期间,崩滑体追踪原有的弱面形成。崩滑体宽约100m,高差约200m,形成长约300m的碎屑流(照片5-3)。
北川新中滑坡为古滑坡和危岩体的复合。据20世纪90年代初中国水文地质工程地质勘查院909队的调查资料,该区为乱石窖滑坡区。滑坡母岩为上泥盆统和下石炭统厚层灰岩构成,滑坡长650m,宽200m,平均厚度20m,最厚达40m,前后缘高差达300m,体积约240×104m3。滑坡具有崩塌特征,以块(巨)石为主,巨石单体体积可达1000m3,产生巨大冲击力,导致北川中学新区三层高的一排教学楼和邻近的建筑物被毁覆,近500人死亡(照片5-4)。在滑坡堆积体前缘,沿原主街道地面出现鼓胀,估计与地震构造形成的逆冲破裂和地面波动相关(图5-1)。
照片5-3 都江堰白花大桥勺型崩滑-碎屑流Photo 5-3 The concave rockfall-flow,Dujiangyan city
图5-1 北川县城新中滑坡剖面图Fig.5-1 Section map of the Xinzhong landslide on the Beichuan town
照片5-4 北川县城新中滑坡前后对比照片Photo 5-4 Comparison of the Xinzhong landslide before/after earthquake
四、座落型(振胀型)滑坡
在垂向和水平地震加速度作用下,滑坡从高位整体下座,后缘壁陡倾,呈现高速近程滑动特征,水平滑动距离不大,通常小于垂向错动距离,滑带不明显,剪出口位置低,冲击力小。滑坡具有振动膨胀解体的特征,堆积体超覆于前缘平缓地面(照片5-5)。
照片5-5 太洪村南滑坡后缘基岩被强烈振动呈方块状岩体Photo 5-5 Rockmass is cut into blocks e to strong vibration of earthquake
北川陈家坝滑坡纵长500m,横宽300m,厚度100m,体积约1500×104m3。滑坡从坡顶高位下座约100m,水平滑移约300m。由于滑坡具有整体膨胀振落的特征,向三面扩展。与北川县城城西滑坡相比,该滑坡势能相对较小,没有气垫效应,因此,对陈家坝镇未造成灭顶之灾(照片5-6)。
北川擂鼓镇南滑坡,纵长500m,横宽400m,厚度100m,体积约2000×104m3。滑坡从坡顶高位下座约100m,水平滑移约100m。由于滑坡具有整体膨胀振落的特征,向三面扩展。与北川县城城西滑坡相比,该滑坡势能相对较小,没有气垫效应,因此,对擂鼓镇未造成灭顶之灾(照片5-7)。
照片5-6 北川陈家坝座落型(振胀型)滑坡Photo 5-6 The Chenjiaba vibration-expanding landslide,Beichuan county
照片5-7 北川擂鼓镇座落型(振胀型)滑坡Photo 5-7 The Leiguzhen vibration-expanding landslide,Beichuan county
五、巨大滚石
部分监测数据表明,汶川地震产生的强震动持时可达20s,陡坡山顶的地面加速度放大效应非常明显,在山顶处的岩体放大的地震加速度估计可达2.0g,在北川、汶川、都江堰等触发了大量的巨大滚石,单体滚石体积可达1000m3,造成了公路沿线车辆损毁和难以防范的地质灾害(照片5-8)。
照片5-8a:北川县城巨大滚石灾害。形成多处巨大滚石带,从景家山100~200m高处顺坡冲入县城南城市主路,阻断了通往绵阳的公路,摧毁数十辆汽车、摩托车,毁坏了十多间房屋,造成数十人死亡。最大巨石体积可达1000m3,为古生代巨厚层灰岩。
照片5-8b:汶川映秀巨大滚石灾害。从斜坡上冲入居民区,导致多栋房屋被毁。体积可达200m3,为三叠系砂岩。
照片5-8c:都江堰龙池旅游区公路沿线巨大滚石灾害。从山顶200多米高处飞滚而下,摧毁多间房屋,阻挡道路。体积可达700m3,为震旦系花岗岩。
照片5-8d:都(江堰)-汶(川)公路沿线巨大滚石灾害。伴随崩塌、滑坡和碎屑流,沿线形成独立或带状飞石不断,造成灾害难以估计,对车辆、道路和民居带来灭顶之灾。
照片5-8e:安县安昌镇街道店铺巨大飞石灾害。体积约5m3层状块石从对面山坡抛掷而来,飞行水平距离约30m,高差50m。所幸未对民居带来灾难。
照片5-8f:北川擂鼓镇公路巨大飞石灾害。体积约20m3层状块石从对面山坡抛掷而来,飞行水平距离约20m,高差40m。所幸未对过往车辆带来灾难。
汶川地震地质与滑坡灾害概论
汶川地震地质与滑坡灾害概论
照片5-8 地震灾区巨大滚石灾害Photo 5-8 Huge rolling rockmass in the earthquake zone