丹巴縣“6·17”阿娘寨村滑坡體特征及成因初步分析

宋亞兵， 胡桂勝， 賀 拿， 李睿琪， 陳寧生， 倪化勇

(1.中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所， 成都 610041； 2.河南理工大學土木工程學院， 焦作 454000；3.昆明理工大學公共安全與應急管理學院， 昆明 650093； 4.中國地質調查局成都地質調查中心， 成都 610081)

2020年6月17日凌晨3點20分左右四川省丹巴縣半扇門鄉梅龍溝發生特大泥石流災害，泥石流沖刷掏蝕阿娘寨老滑坡坡腳造成滑坡體前緣塌落形成堰塞壩，當日晚10點堰塞壩自然潰決泄流。此次災害導致2人死亡，10人受傷，7 788人受災，多處房屋受損嚴重，境內G350線路路基損毀約7.7 km，耕地受損約718畝(1畝≈666.667m2)，農作物受損約2 700畝，林業受損約990畝，梅龍水電站被毀。

近年來，大型滑坡體堵江事件頻發，滑坡堵江形成堰塞壩，堰塞湖回水和堰塞壩潰決嚴重著上下游人民的生命財產安全。2000年4月9日20時5分西藏自治區波密縣易貢鄉扎木弄溝發生巨型山體崩塌-滑坡，不僅沖毀淤埋了3.0 km的簡易公路，而且堵塞易貢藏布2.0 km，威脅到周邊4 000多人的生命財產安全，造成1.4億元的經濟損失[1]。據統計，汶川“5.12”地震引發了大量的崩塌、滑坡等地質災害，而且核心區內形成了104處滑坡堵江形成的堰塞湖，具有堵塞規模大和潛在危害高等特征，以北川縣唐家山大型滑坡堵江堰塞湖為典型代表[2]。2018年10月10日和11月3日西藏自治區江達縣白格村連續發生了兩次高位山地滑坡，滑坡碎屑體堵塞金沙江，形成堰塞湖，嚴重威脅著上下游人民的生命財產安全[3]。鑒于堰塞壩潰決后形成的巨大災害[4-5]，中國學者進行了大量研究。柴賀軍等[6]調查搜集了中國147起滑坡堵江事件(截至1995年)，并分析了其主要危害和誘發因素。許沖等[7]對汶川地震引發的次生滑坡災害的研究成果進行了總結和評述。趙高文等[8]和蔣先剛等[9]采用水槽試驗研究了不同條件下堰塞壩的潰決特征。夏式偉[10]采用三維數值模擬研究了西藏易貢滑坡的運動過程特征和堰塞壩潰決后的演進過程特征。

阿娘寨老滑坡體由于梅龍溝泥石流沖刷淘蝕坡腳導致老滑坡體復活，其是否會持續下滑堵塞小金川河形成堰塞壩威脅上下游人民生命財產安全？帶著這個問題，通過災害現場調查、無人機航拍和模型計算等方法，并基于該區域地質環境和氣象條件的分析，揭示阿娘寨滑坡體變形特征和成因，在此基礎上預測滑坡發展趨勢，以期為該地區防災減災提供理論依據。

1 研究背景

1.1 區域概況

研究區位于四川省西部高山峽谷區，甘孜藏族自治州東部，大渡河上游。地理坐標為102°01′52.47″E、30°59′01.66″N，氣候屬于北亞熱帶干旱河谷氣候，干濕季節分明，垂直分帶明顯，且處于北風河谷地帶，降水較少(圖1)。地處大雪山東麓邛崍山西坡，屬于岷山、邛崍高山區，位于中國第一階梯向第二階梯過渡地帶，系典型高山峽谷地貌。區內地形復雜，地勢變化多端，相對高差懸殊，主要出露泥盆系下新統磽磧組淺灰色絹云石千枚巖，薄-中層結晶灰巖、炭質千枚巖成段間互層。

圖1 阿娘寨村滑坡位置圖

該區地處青藏滇緬印尼“歹”字型構造，川滇南北構造與小金-金湯弧形構造和復合部位。地質歷史時期漫長而復雜，造山運動、變質作用和巖漿噴出活動強烈，構造行跡以北西向為主，根據區內各主要構造形跡展布方向、結構面力學性質，結合沉積構造和巖漿活動將其劃歸以上三大體系，分別為南北向構造、北西向構造和北東向構造。區內構造對地質災害具有明顯的控制作用，尤其是南北向和北西向構造。

1.2 災害特征

2020年6月17日凌晨3點20分左右受強降雨影響梅龍溝突發泥石流，高濃度黏性泥石流攜帶大量泥沙石塊沖刷阿娘寨老滑坡坡腳，造成滑坡體前緣塌落，形成堰塞湖，河水回流造成上游部分村莊被淹，人員被困。該泥石流流域總面積達63.28 km2，主溝長約10.7 km，縱比降約為253‰，流域最高海拔4 760 m，溝口海拔2 130 m，流域最大高差約2 650 m。據統計，由泥石流引發的地質災害共計62處，其中滑坡災害25處，泥石流災害17處，崩塌災害19處，威脅著3 630人的生命和20 820萬元財產。在泥石流引發的災害鏈中阿娘寨滑坡、墨爾多鎮基卡依村擁紹三家寨滑坡及紅五月村青杠坡滑坡具有堵塞小金川形成堰塞壩的風險，其中阿娘寨滑坡可能造成的危害更大。

阿娘寨滑坡體位于丹巴縣半扇門鄉阿娘寨村，滑坡后緣的干海子匯水面積大，地下水發育，滑坡前緣為小金川河凹岸，坡腳易受河流沖刷，距梅龍溝泥石流溝口約98 m。

2 阿娘寨滑坡體基本特征

阿娘寨滑坡是由泥石流沖刷掏蝕坡腳導致的老滑坡體復活，主滑方向323°～329°。根據滑坡變形特征和縱向地層結構差異，將滑坡體分為兩層四區域(圖2、圖3)，滑坡體局部變形差異顯著。

圖2 滑坡體縱剖面圖

圖3 滑坡體平面區域特征

2.1 滑坡區地形地貌及邊界特征

阿娘寨滑坡體呈馬蹄形狀，縱向長約692 m，橫向寬約505 m，平均厚度約15 m，經估算滑坡方量約49萬m3。滑坡體后緣為干海子，高程約2 620 m，匯水面積大，地下水發育。坡體前緣為小金川河，坡腳順河向長約200 m，高程約為2 136 m，坡緣距坡腳高約72 m。滑坡體上層堆積物含大量的川西黃土，容易形成易滑土體，厚度可達20 m；下部黑灰色巖層在顏色和結構上具有基巖特征，為強分化基巖(圖2)。坡體左邊界基巖出露，巖性為絹云石千枚巖,產狀：351°∠60°；右邊界為阿娘寨村，受滑坡災害影響危險區村民已全部搬遷。

泥石流引發的阿娘寨滑坡是巖質滑坡還是土質滑坡，其判定結果直接影響滑坡體下滑后堆積體堵河形成堰塞體的形態特征和防災減災措施的實施。通過現場調查、無人機航拍和監測數據推測該滑坡為土質滑坡，判斷依據有以下幾個方面。

(1)崩坡積物和強分化基巖接觸面有鹽霜出露。鹽霜是含礦物質的地下水流出地表后，由于大氣壓降低和溫度升高導致礦物質結晶析出的現象。故推測崩坡積物下部為剪出口。滑坡體前緣崩坡積物滑動帶動強風化基巖塌落形成坡腳堆積物(堰塞壩)，造成了基巖滑動的假象，如圖4(a)所示。

圖4 滑坡體前緣特征

(2)根據河流左岸和右岸出露基巖產狀均為351°∠60°，推測滑坡體下覆基巖的巖層產狀為351°∠60°，坡向和基巖傾角夾角為91°，屬于斜內坡，發生基巖滑動的可能性較低，如圖4(a)所示。

(3)現場實拍影像表明，滑坡舌崩坡積物不斷滑落時，下覆基巖沒有滑動，如圖4(b)所示。

(4)根據監測數據，滑坡體前緣和后緣的變形量相差太大，造成這種差異的原因是滑坡體后緣土下滑后在坡體前緣堆積，造成了滑坡體局部位移增大的現象，這種現象為滑坡土體的“累計-觸發效應”[11]。

2.2 滑坡體變形監測

由于泥石流災害鏈導致通信和道路設施中段，故滑坡體的前期監測主要以人工監測為主，共布置3個監測點，分別布置在滑坡體右邊界強變形區和滑坡后壁(圖3)。根據監測結果，1號、2號和3號監測點的累計變形量不斷增加，變形速率呈現一個波動狀態，各個點位的變化過程大致一樣，變形速率幾乎同增同減。截至6月21日8時，3號點(滑坡后壁)的累計變形量最大，變形速率也始終處于上下波動的水平，無較大的差異，1號和2號點監測位置接近，變形量和變形速率幾乎處于同一水平(圖5)。6月21日19時左右3個監測點的變形量和變形速率急劇增加，通過監測降雨量變化特征(圖6)，此時為當天最大降雨量為3.2 mm/h，同時對比滑坡后一段時間內滑坡體變形量和變形速率，分析表明降雨量對滑坡體的變形具有明顯的促進作用。自6月21日之后，由于某種原因造成監測數據缺失，3號點位累計變形量減小，變速速率為-1 mm/h，出現這種現象的原因可能監測誤差，推測該點已停止變形，1號點位處于穩定變形階段，變形速率為6.3 mm/h，仍處于強變形階段，由于1號點和2號點檢測位置接近，故推測2號點位處于穩定變形階段(圖5)。

圖5 人工監測變形

圖6 滑坡后降雨量(丹巴縣)

后期監測由四川省地質礦產開發局402地質隊等單位采用雨量計、全站儀、邊坡雷達、GNSS和測縫計等設備完成。截至6月29日，監測數據顯示：滑坡前緣不斷塌落變形，累計位移不斷增大，最大位移達9.6 m，是滑坡體變形最大區域，其變形速率逐漸減小，具有趨于穩定變化的趨勢。滑坡舌滑落堆積導致坡腳位移增大，最大位移量達12.4 m。坡體上游拉裂區持續勻速變形，累計最大水平位移達10.49 m，其與中間膨脹區交界變化差異直接導致道路被剪斷，如圖7(a)所示。中間膨脹區邊界表現為較強下沉，最大垂直位移達8.51 m，中部由于滑動土體在坡體中前緣堆積，導致局部位移升高，累計垂直位移2.6 m。根據監測數據，初步確定滑坡體上游拉裂區、中間膨脹區和前緣滑塌區為強變形區，變形速率不斷減小，推測無重大地質構造活動和降水條件下，滑坡體會逐漸變形后漸趨于平衡。

圖7 滑坡體變形特征

2.3 滑坡體變形特征

阿娘寨滑坡體坡腳由于受人類活動(修建公路形成切坡)的影響破壞了滑坡的穩定性，使滑坡體處于欠穩定狀態。結合遙感影像和現場調訪，滑坡體受2008年汶川地震影響，滑坡后緣已有明顯陡坎。降水和泥石流使得滑坡體啟動后，滑坡體表現活躍，整個滑坡邊界裸露，前緣不斷塌落，左右邊界與原始地層錯斷顯著。

由于泥石流沖刷坡腳導致滑坡前緣塌落，滑坡體而形成了以牽引為主的滑移模式。滑坡發生后，滑坡體存在大量由于土體失去側向支撐而形成的牽引式裂縫，滑坡體中部由于變形不一致導致路段破損嚴重，局部變形差異大，如圖7(a)所示。滑坡整體啟動后，滑坡體的滑移模式由以牽引為主逐漸轉變為以前牽后推、以推為主的滑移模式。

前緣牽引導致滑坡體因失去側向支撐而整體下滑，滑坡后緣急劇下滑，基巖裸露，出現大量拉張裂縫，道路錯斷，如圖7(b)所示。

滑坡中部坡度較陡，出現了明顯的拉張裂縫和膨脹變形，裂縫呈貫通趨勢，道路破損嚴重，局部道路被掩埋，如圖7(c)所示。

滑坡前緣為強變形區，坡體由于失去了側向支撐，同時受到滑坡中后緣土體的推力，坡體前緣持續塌落變形，如圖7(d)所示。同時，由于滑動土體在滑坡前緣堆積，導致局部地形出現鼓脹現象。

3 阿娘寨滑坡體啟動成因初步分析

滑坡災害往往是內外動力綜合作用的結果[12-14]。阿娘寨滑坡啟動的外動力(直接誘因)是前期降雨入滲和泥石流沖刷掏蝕坡腳，內動力(間接成因)是頻繁的地質構造活動。

3.1 泥石流對滑坡的影響

2020年6月17日3點梅龍溝爆發泥石流災害，溝口斜下方100 m處為阿娘寨老滑坡(圖8)。根據調訪資料，泥石流流速達4.2 m/s，其攜帶著大量泥沙石塊沖擊阿娘寨滑坡體，致阿娘寨滑坡體前緣塌落，坡體失穩，老滑坡體啟動，泥石流成了“壓死駱駝的最后一根稻草”。

圖8 泥石流和滑坡相對位置

根據最小勢能原理，滑坡體勢能未達到“最小”，坡體處于不穩定平衡狀態，總有朝著最小勢能方向運動(向下運動)的趨勢，而泥石流打破了老滑坡體原有狀態的極限平衡，導致了滑坡體持續下滑，不斷減小自身勢能，尋求新的平衡點。

3.2 降水和滲流對滑坡的影響

滑坡未啟動之前，滑坡后緣已有明顯陡坎，基巖出露，表明滑坡體已處于不穩定狀態。前期降雨為滑坡達到極限平衡狀態起到了促進作用，雨水滲流，土體孔隙水壓力增加，有效應力減小，滑動面下滑力增加，抗剪強度降低。

滑坡體頂部干海子匯水面積大，容易形成地表徑流，威脅著滑坡體的穩定性。采用初損后損法計算干海子的地表徑流，為滑坡防治提供參考。

統計研究區泥石流發生前一周降水數據，利用初損后損法計算滑坡區地表徑流。“該方法把降雨損失分為兩個部分，初損為產流前的損失，后損為產流后的損失，把平均下滲強度f′和產流歷時的乘積tc與后期不產流雨量之和作為后損值”[15]。

(1)

式(1)中：R為時段內產生的地表徑流；P為時段內降雨，P=14 mm；l0為初損雨量；f′為平均下滲強度；tc為產流歷時，tc=2 h；P′為后期不產流雨量。

(1)初損值l0的確定。由于2020年6月16日17點未下雨，可近似忽略前期降水對初損值的影響。根據研究區降雨數據和初損與后損值的特點，取l0=2.1 mm，P′=1.7 mm(圖9)。

圖9 滑坡區降雨數據(丹巴縣)

(2)平均下滲強度f′的確定。根據《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》和研究區土體性質以及植被覆蓋率，f′=0.9 mm。

將上述參數帶入(1)中，經計算得時段內的地表徑流R為8.4 mm。由于滑坡體后緣匯水面積為143.1萬m2，地表總徑流達12 020.4 m3。巨大的地表徑流沿坡面和裂縫滲流，使得土體自重增加，土壤含水率持續升高并趨于飽和，土壤有效應力和抗拉、抗剪強度降低[16]，為滑坡體啟動提供了充分條件。同時前期短歷時循環降雨入滲提高了土壤含水率，降低了滑動面的抗剪強度，加劇了滑坡體的不穩定性。

3.3 地質構造對滑坡的影響

阿娘寨滑坡地處高山峽谷區，整個區域表現為較強的地殼隆升和河流下切，河流下切基巖為普遍現象。該區地質構造為青藏滇緬印尼“歹”字形構造，川滇南北構造與小金-金湯弧形構造和復合部位。地質歷史時期漫長而復雜，構造體系復雜，造山運動、變質作用和巖漿噴出活動強烈，地質構造對地質災害表現為明顯的控制作用。

阿娘寨滑坡體的啟動與地震有著密不可分的關系。根據中國地震臺網統計數據，自2008年以來，該區域發生4.0級以上地震共33次，震源深度達20 km，嚴重損害了該地區巖土體的穩定性，為滑坡體的啟動創造了條件。

4 結論和建議

阿娘寨老滑坡是由泥石流引發的次生災害，其復活與演變具有堵塞小金川河形成堰塞壩的風險。結合滑坡區地質構造和氣象條件，初步分析了滑坡體基本特征和成因，得出以下結論。

(1)阿娘寨滑坡為土質滑坡。根據滑坡體的變形特征和地層結構差異，將滑坡體分為兩層四個區域。

(2)阿娘寨老滑坡體的復活與演變是內外動力綜合作用的結果。頻繁的地質構造活動造成地層松動和巖體破碎；強降雨和坡面滲流使土體含水率升高，有效應力、抗拉和抗剪強度降低，使滑坡體趨于極限平衡狀態；泥石流沖刷掏蝕坡腳，打破了滑坡極限平衡，致使滑坡體啟動。

(3)根據滑坡復活后多天監測數據，結果顯示滑坡變形速率呈現先增大后減小的趨勢，推測滑坡體變形會隨時間逐漸減小后趨于穩定，無重大地質構造活動和強降水條件下，滑坡體不會再次啟動。

(4)為保持滑坡體的穩定，應減少人類活動(修建公路)；修建排水通道，及時排除滑坡后緣形成的大量地表徑流；同時修建堤壩，避免河水切坡。