高烈度地震區(qū)高位滑坡穩(wěn)定性評價及運動轉(zhuǎn)化沖擊能量計算

摘要 文章以“9·5”瀘定地震雷打樹滑坡為例，在詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，對其發(fā)育特征、變形破壞機理進(jìn)行深入分析，評價其穩(wěn)定性，并劃分滑坡亞區(qū)為高位滑動區(qū)、運動轉(zhuǎn)化區(qū)及坡腳沖擊區(qū)，判別該高位滑坡的運動轉(zhuǎn)化形式，將高位滑坡運動轉(zhuǎn)化的物源形式分為崩塌落石和泥石流兩部分，分別計算兩者的運動速度及沖擊能量。為公路防護(hù)提供設(shè)計理論依據(jù)，同時為高烈度地震區(qū)高位滑坡的分析評價提供方法參考。

關(guān)鍵詞 高烈度地震區(qū)；高位滑坡；穩(wěn)定性；運動轉(zhuǎn)化；沖擊能量

中圖分類號 P642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）01-0007-04

0 前言

2022年9月5日12點52分00秒（北京時間）在甘孜藏族自治州瀘定縣磨西鎮(zhèn)（北緯29.59度，東經(jīng)102.08度）發(fā)生6.8級地震，震源深度16 km，震中位于甘孜藏族自治州瀘定縣磨西鎮(zhèn)。強震導(dǎo)致省道S217石棉縣走廊帶內(nèi)（大渡河大橋至石棉縣城段）不良地質(zhì)多發(fā)，共計發(fā)育不良地質(zhì)145處，其中滑坡46處，普遍具有發(fā)育規(guī)模大、位置高的特點。

高位滑坡（崩塌性滑坡），是指剪出口高于坡腳的滑坡，其沿滑動方向一旦滑離滑坡發(fā)生區(qū)后，運動可能轉(zhuǎn)化為四種形式（如圖1所示）：崩塌落石、碎屑流動、碎屑滑動和泥石流[1]。高位滑坡的后緣與坡腳的相對高差較大，且這種高差越大，滑坡體蘊藏的勢能越大[2]。

該文以“9·5”瀘定地震雷打樹高位滑坡為例，對該滑坡的發(fā)育特征、變形破壞機理進(jìn)行分析，其破壞后的運動轉(zhuǎn)化形式可分為崩塌落石和泥石流兩種，分別計算兩種形式的運動速度和沖擊能量，并綜合取值，以期為下方公路防護(hù)提出合理的建議處治措施和設(shè)計理論依據(jù)。

1 滑坡區(qū)地質(zhì)概況

1.1 地形地貌

研究區(qū)地形地貌主要受構(gòu)造和巖性的制約，山高谷深，坡陡嶺峻，地勢起伏大。滑坡區(qū)所在斜坡坡度一般為38°～50°，臨空條件好，坡面植被較發(fā)育，多為松柏及灌木。該高位滑坡可分為A、B、C三區(qū)，受“9·5”瀘定地震強烈擾動的影響，A、B兩區(qū)的平面形態(tài)均呈“上下寬、中間窄”狀，根據(jù)Nicoletti P G等[3]的研究，該高位滑坡屬于“狹長型”，C區(qū)為牽引區(qū)，如圖2所示。

1.2 地層巖性

滑坡區(qū)地表覆蓋層主要為角礫及碎塊石，灰白、褐黃色，呈松散狀，石質(zhì)成分主要為全～強風(fēng)化中粗粒花崗巖，角礫粒徑一般0.5～2 cm，碎塊石最大塊徑可達(dá)

1.2 m。基巖主要為元古代（γ2）中粗粒花崗巖，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分主要為長石、石英，其次為云母、角閃石，全風(fēng)化巖體極破碎，手掰易碎，呈礫狀（如圖3所示），強風(fēng)化巖體破碎，敲擊易碎，呈塊狀（如圖4所示），巖性風(fēng)化程度影響了雷打樹滑坡物源形成的塊徑分化。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

滑坡區(qū)所處走廊位于川滇經(jīng)向構(gòu)造帶北端與青藏滇緬印尼巨型“歹”字形構(gòu)造的交接、歸并部位，同時受華夏系在龍門山構(gòu)造帶南端殘余部分的影響。距離雷打樹滑坡較近的構(gòu)造主要為大渡河斷裂南段之得妥斷裂，以及磨西斷裂（即為“9·5”瀘定地震發(fā)震斷裂），兩條斷裂均位于滑坡區(qū)西側(cè)，分別相距2.5 km、3 km。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），滑坡區(qū)所在場地的震動峰值加速度為0.30 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度。

2 發(fā)育特征和變形破壞機理

2.1 發(fā)育特征

雷打樹滑坡可分為A、B、C三區(qū)，A、B為滑動破壞區(qū)，C區(qū)為牽引區(qū)。

A區(qū)前緣剪出口高程為1 213.9 m，后緣剪出口高程為1 292.1 m，高差約78.2 m。斜坡坡腳高程為995.2 m，滑坡影響區(qū)相對高差約296.9 m，底寬約109 m，坡面縱長約470 m，自然斜坡坡度一般為38°～44°，主滑方向約為319°，滑體物質(zhì)組分主要為角礫及碎塊石，松散狀。

B區(qū)前緣剪出口高程為1 129.9 m，后緣高程1 224.2 m，

高差約94.3 m。斜坡坡腳高程為999.8 m，滑坡影響區(qū)相對高差約224.4 m，底寬約119 m，坡面縱長約350 m，

自然斜坡坡度一般為40°～50°，主滑方向約為306°，滑體物質(zhì)組分主要為角礫及碎塊石，松散狀。

A區(qū)和B區(qū)前、后緣剪出口邊界均可見全風(fēng)化中粗粒花崗巖出露（如圖5～6所示），兩側(cè)以坡面小溝槽側(cè)壁為界（如圖7所示），斜坡坡腳可見強風(fēng)化花崗巖出露（如圖8所示）。

2.2 變形破壞機理

滑坡A、B兩區(qū)的滑動變形機理較相同，均可劃分為AI（BI）、AII（BII）、AIII（BIII）三個亞區(qū)（如圖9所示）。

AI、BI區(qū)為高位滑動區(qū)，在該區(qū)完成滑動變形后，滑體順坡面向下滑動、滾落，而后進(jìn)入AII、BII區(qū)。據(jù)現(xiàn)場勘查，AI區(qū)的殘余滑體平均厚度約3.3 m；BI區(qū)的殘余滑體平均厚度約2.9 m（殘余物源現(xiàn)多數(shù)位于AI、BI區(qū)內(nèi)）。伴隨著該高位滑坡發(fā)育、滑動和再調(diào)整的過程，AI、BI區(qū)殘余滑體仍將受牽引而繼續(xù)破壞的可能性極大，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及分析前期破壞規(guī)律，高位滑坡AI、BI兩區(qū)首先將分別沿裂縫L1、L3產(chǎn)生張拉變形后破壞（如圖10～11所示）。

AII、BII區(qū)為運動轉(zhuǎn)化，伴隨運動轉(zhuǎn)化，滑體物質(zhì)組分可分為兩部分：一部分以角礫為主，粒徑0.5～2 cm，

石質(zhì)成分為全風(fēng)化中粗粒花崗巖；另一部分為碎塊石，最大塊徑可達(dá)1.2 m，石質(zhì)成分為強風(fēng)化中粗粒花崗巖。滑體沿AII、BII區(qū)的坡面小溝槽滑動、滾落至坡腳進(jìn)入AIII、BIII區(qū)，AII、BII區(qū)覆蓋層殘余厚度平均約0.5 m，局部可見基巖出露。

AIII、BIII區(qū)為坡腳沖擊區(qū)，經(jīng)由AII、BII區(qū)運動轉(zhuǎn)化后的組分，進(jìn)入坡腳AIII、BIII區(qū)。上述角礫部分多以碎屑流形式運動，在暴雨工況下則發(fā)展為泥石流，碎塊石則沿坡面滾動，形成崩塌落石，除一部分角礫在下滑過程中殘留于AIII、BIII區(qū)，其余則與碎塊石一同對下方既有公路造成沖擊。AIII區(qū)的平均殘余厚度約2.1 m；BIII區(qū)的平均殘余厚度約2.3 m。

3 穩(wěn)定性評價

在詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，定性判斷認(rèn)為在現(xiàn)狀條件下，該高位滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，局部常伴有零星物源滑落至公路的情況發(fā)生，穩(wěn)定性系數(shù)取1.02～1.04，對巖土體參數(shù)進(jìn)行定量反演計算，結(jié)果如表1所示。

利用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件，分別計算在天然、暴雨和地震工況下的1-1′和2-2′剖面的穩(wěn)定性系數(shù)，如表2所示。雷打樹滑坡在天然工況下為欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨、地震工況下不穩(wěn)定。

4 沖擊能量計算

按前期破壞規(guī)律，高位滑坡AI、BI兩區(qū)殘余物源首先將分別沿裂縫L1、L3產(chǎn)生張拉變形后破壞，AI、BI兩區(qū)的變形破壞方量分別約24.66立方米/延米和20.78立方米/延米。在暴雨工況下，多數(shù)滑體將沿坡面溝槽形成泥石流，少量塊徑較大的物源將沿坡面滾落形成落石，分別采取崩塌落石和泥石流兩種形式進(jìn)行運動速度和沖擊能量的計算，合理分析災(zāi)害物源運動至坡腳時對既有公路造成的影響。

4.1 崩塌落石運動速度及沖擊能量計算

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及判定，物源中發(fā)育塊體的最大塊徑可達(dá)

1.2 m×0.6 m×0.6 m ，如圖12所示。由于坡面堆積殘留薄層松散狀角礫，塊體的運動方式主要是沿坡面滾動至下方現(xiàn)有公路坡腳，發(fā)生彈跳、拋射的可能性較小。

塊體的天然密度取2.6 g/cm3，體積取1.2 m×0.6 m ×0.6 m=0.432 m3。

采用蘇聯(lián)尼·米·羅依尼什維里教授[4]提出的落石運動速度的計算方法，其速度按下式計算：

（1）

式中：H——石塊墜落高度（m）；g——重力加速度

（m/s2）；α——山坡坡度角（°）；K——石塊沿山坡運動所受一切有關(guān)因素綜合影響的阻力特性系數(shù)，可按表3所列公式計算。

分別針對1-1′、2-2′剖面進(jìn)行計算，崩塌落石運動參數(shù)如表4所示。

由計算結(jié)果可知，崩塌落石沿1-1′、2-2′剖面滾落下滑的運動速度VJ分別為35.13 m/s、32.85 m/s，碰撞前沖擊能量分別為831.75 kJ、727.43 kJ。

4.2 泥石流運動速度及沖擊能量計算

根據(jù)原鐵道部第二勘察設(shè)計院推薦的西南地區(qū)經(jīng)驗公式：

（2）

式中：VC——泥石流斷面平均流速（m/s）；1/n——清水河床糙率系數(shù)，查水文手冊；R——水力半徑，單位為米（m）；I——泥石流水力坡度（用小數(shù)表示），一般可用溝床縱坡代替；——泥沙修正系數(shù)；——泥石流固體物質(zhì)容重（t/m3）。

其中：

（3）

式中：——泥石流容重（t/m3）；——清水容重，

（t/m3），取=1.0 t/m3。

依據(jù)上述公式計算可得泥石流流速，如表5所示。

由計算結(jié)果可知，泥石流平均流速為18.76 m/s，AI、BI兩區(qū)變形破壞后的沖擊能量分別為8 460.88 kJ、

7 129.64 kJ。

5 建議

根據(jù)運動轉(zhuǎn)化情況及上述崩塌落石、泥石流的沖擊能量計算結(jié)果，針對崩塌落石建議在坡體中下部設(shè)置多級攔石網(wǎng)進(jìn)行消能處理，針對泥石流建議于既有公路設(shè)置明洞，且在洞頂設(shè)置緩沖墊層和相應(yīng)的過流措施。

6 結(jié)論

（1）雷打樹滑坡從平面發(fā)育形態(tài)上可分為A、B、C三區(qū)，從運動表現(xiàn)形式上可分為AI（BI）、AII（BII）、AIII（BIII）三個亞區(qū)，分別為高位滑動區(qū)、運動轉(zhuǎn)化區(qū)和坡腳沖擊區(qū)。

（2）雷打樹滑坡運動轉(zhuǎn)化過程主要發(fā)生于AII、BII區(qū)，滑體在該區(qū)轉(zhuǎn)化為崩塌落石和泥石流兩種災(zāi)害形式。

（3）崩塌落石沿兩個坡面溝槽滾落下滑的運動速度VJ分別為35.13 m/s、32.85 m/s，碰撞前沖擊能量分別為831.75 kJ、727.43 kJ。

（4）AI、BI兩區(qū)變形破壞發(fā)展為泥石流后的平均流速為18.76 m/s，沖擊能量分別為8 460.88 kJ、7 129.64 kJ。

（5）依據(jù)崩塌落石和泥石流兩種災(zāi)害形式，以及計算所得運動速度及沖擊能量，建議采取多級攔石網(wǎng)和明洞等措施進(jìn)行針對性分類防護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳自生.高位滑坡的運動轉(zhuǎn)化形式[J].山地學(xué)報， 1992（4）：225-228.

[2]丁保艷，翟向華，張衛(wèi)雄，等.大型高位堆積體滑坡穩(wěn)定性分析與數(shù)值模擬[J].地震工程學(xué)報， 2022（4）：786-793+802.

[3]Nicoletti P G， Sorrisovalvo M. Geomorphic controls of the shape and mobility of rock avalanches[J]. Geological Society of America Bulletin， 1991（10）：1365-1373.

[4]H.M.羅依尼什維里.鐵路防治崩塌建筑物[M].蘭州：鐵道部第一勘測設(shè)計研究院， 1962：92-95.

收稿日期：2024-06-24

作者簡介：范智浩（1993—），男，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)勘察與巖土工程方面的工作。