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第5章 山走地滑——可怕的滑坡灾害(2)

各种动力因素对滑坡的作用又往往集中在坡体的某些部位、某些面或某些带中。坡体中的这些活跃面(带)与斜坡中的软弱结构面(带)和应力集中带一样,对坡体的演变起着极为重要的作用,一些原来并非最薄弱的部位,由于它是某种动力作用的长期活跃带,随着作用的进展,它甚至可成为斜坡演变的控制带,则该动力因素为导致坡体稳定性不断下降的主导因素。

2.滑坡主导因素

(1)岩土地质类型

结构松散,抗剪强度和抗风化能力低,在水作用下易发生变化的松散覆盖层、黄土、黏土、页岩、泥岩、煤系地层、凝灰岩、片岩、板岩、千枚岩等是产生滑坡的内在物质基础。岩土力学强度较弱与较坚硬岩层互层结构的碎屑岩组亦利于滑坡的形成。

(2)地质构造及岩土结构岩层中的各种节理、裂隙、层理面、岩性界面、断裂发育的斜坡,平行和垂直的陡倾构造面及顺坡缓倾的结构面是产生滑坡的内在地质环境条件。

(3)地形地貌

相对高差较大,山体坡角陡,即坡角大于10°、小于45°、下陡中缓上陡、上部成环状的坡形是产生山体滑坡的内在地貌环境条件。

特别是在斜坡向与岩层结构面倾向一致时易于滑坡的形成。

(4)地下水作用

地下水使岩土软化、降低岩土的抗剪和黏结强度,产生动水和孔隙水压力,潜蚀岩土,增大岩土容重,对透水岩石产生浮托力等是产生滑坡的水文地质条件。

3.滑坡诱发因素

(1)大气降水与滑坡关系的研究。

大量的统计资料表明,大多数的滑坡是发生在降雨期间或降雨之后,一个地区的滑坡发育程度有随降雨量增多而增强的规律。

国内外一些学者从不同的角度或方面对降雨与滑坡灾害进行研究,取得了不少成果。

均从降雨历时、降雨量、降雨强度及降雨形式等方面进行分析,得出的成果具有特定的应用范围,一般适用于本区域或相类似的地区。另外,对于不同物质组成的滑坡体,降雨过程对其影响也不同,这是因为不同的地质地貌条件渗透性和排泄能力不同,因此不能一概而论。

(2)沟谷、河流、湖泊、海洋水的作用

岸坡的形态、岩土类型、组成结构及地质构造条件、风化程度等,是影响库岸再造的内因。不同物质组成与结构的岩土边坡具有不同的抗剪强度和抗冲刷能力,它们决定着最终库岸再造的范围、作用强度和再造类型。而库水的涨落、水文地质条件的改变以及地震等因素则是库岸再造的外因,尤其是库水涨落、水文地质条件的改变不仅会导致岩土抗剪强度降低,而且会引起岩土自重及动、静水压力的变化,从而影响岸坡的稳定。地震的影响也是显而易见的,它是诱发大规模岸坡失稳的重要因素之一。

就水库蓄水后影响库岸再造的外界因素而言,无疑是河水位变化所导致的一系列作用,它主要表现在以下几个方面:

1、水的长期浸泡作用。如前所述,特别对于细粒土来说,饱水强度远远低于天然含水时的强度。当岩(土)体强度逐渐降低,并达到一定程度时,岸坡将产生坍塌,甚至整体滑移型破坏。

2、水波浪的冲刷作用。受其影响岸坡一般产生侵蚀——剥蚀型再造。岩质岸坡一般表现为全风化带、强风化带岸体受冲刷后,产生剥落;土质岸坡则表现为波浪顺坡面回落,牵动表层的土层并将其带入库中或造成坍滑。

3、水涨落对水文地质参数的改变效应。库水的涨落导致岩(土)体中水文地质条件改变,也即使岸坡中的地下水静、动水压力发生突变,这对覆盖层深厚且透水性较差的土质库段影响较大,易发生整体滑移失稳。

4、地表水、地下水的联合作用。

暴雨期间,来自库岸流域内的地表水、地下水使土体饱水、富水、自重加大,一方面表现为水土流失,另一方面则起到肢解岸坡岩土的作用,对各种类型库岸再造的发生均有一定的影响。

(3)人为工程活动破坏坡体平衡作用

1、开挖坡脚与增加荷载。由于建筑、填方、倾倒、筑堤等引起边坡超载。另外,边坡削方挖土、堆积物搬迁与增加荷载使坡脚压力增大,坡脚下部失去支撑,在斜坡上增加荷载使斜坡支撑不了过大的重量而失去平衡,致使沿软弱面下滑。

2、地下采掘活动引起地表坡体失稳。地下大规模的开矿采空区及坑道密布,会造成山坡坡脚增大和引起顶板岩层的变形,进而引发滑坡。

3、人为开挖形成斜坡或增大原有坡体的坡脚。在采石、修路、大型建筑场地及基础开挖等工程活动中,往往有破坏坡脚岩土人为增大斜坡角度的现象,或将原本不存在斜坡的山体或平台人工开挖后形成了较陡峭的边坡,从而为滑坡创造了条件。

4、人为提高地下水及地表水位,造成斜坡失稳。当水库区蓄水后,水位提高,加之库岸边坡的再造,促使滑坡的发生。

5、爆破、重型运输等引发的动力震动促进山坡失稳滑坡。

(4)地震的作用

地震的作用表现为以下两方面:

一是使斜坡承受的惯性力发生改变;二是造成地表形变和裂隙增加,降低岩土的力学强度,引起地下水的变化。于是,在触发滑坡的滑动和促进滑坡体的形成等方面创造了条件。

(5)乱砍滥伐人为活动

在山坡上乱砍滥伐使坡体失去保护,以便水体的渗入而诱发滑坡。

4.滑带土

滑坡与其他斜坡变形最主要的区别之一就是它有一个或多个相对明确的滑动面(带),滑动体沿该面(带)运动。滑坡的发生与否常常取决于滑动面(带)土体的应力状态和强度的变化,从某种意义上讲,滑坡的形成机理就是滑带土的变形破坏机理。国外对滑带土研究较早的是伏斯列夫,他对黏土进行剪切试验时,除观测到不均匀变形外,还发现与主剪切面斜交的破裂面;今井秀喜等研究裂缝产生机理时,用黏土模型做剪切试验,把先出现的羽状裂缝称为雁行排列的张裂缝,把羽状裂缝强烈切割的部分称为破碎带;斯开普敦等对滑带(面)厚约20厘米的剪切区进行微观构造研究,也观察到一些间断排成阶梯形的倾斜破裂面与主剪切面斜交(交角为10°~30°),指出其显示脆性破坏,并称其为里德尔剪断,该剪断形成于滑动之前;恰连科用高岭石做剪切试验,认为大多数土和岩石的剪切破坏形式与里德尔结果相似;福本正安指出,当剪应力达到破坏强度的53%~78%时,即会产生蠕变破坏。

多年来,尽管不少学者对滑带的作用、滑带的变形和性状、岩性特征、滑带组成等进行了一定的研究,但到目前为止,系统的滑带研究、滑带的形成机理、滑带的微观特征等方面的研究还不够深入。要想从根本上认识滑坡灾害,就必须对滑坡的重要组成部分——滑动带进行从表象特征、物质组成和成分变化、天然状态及滑动状态的物理力学性质、变形因素及过程、微观结构构造等方面进行深入的研究,以探索其形成机理和变形机理,最终准确地认识滑坡的形态特征、规模及诱发因素,从而达到有效防治滑坡灾害发生的目的。

滑坡的分布特征

1.全球性滑坡灾害区域分布

发生在斜坡上的滑坡是一种地貌灾变过程。从全球范围来看,地球的表面尽管只是由平地和斜坡两种地形单元组成,但是,它仍有着多种多样和极其错综复杂的形态。

我们只要稍微留意一下,就能轻易看出平地的面积远远小于斜坡的面积。而且,只要是斜坡地形,滑坡就有产生的可能。在水底,特别是海底,也有极为突出的表现。在陆地,滑坡可能在坡度很缓的斜坡上发生。

例如,在唐山地震区,地震液化作用不仅能轻易地对坡度在8℃以上的地段产生影响,甚至能使5℃以下的河流岸坡发生滑动。由此可见,滑坡分布的全球性特征取决于斜坡地貌单元分布的广泛性。

2.我国的滑坡灾害区域分布

我国滑坡分布具有点多面广的特点,各省(区、市)均有分布。

总体来说,大兴安岭—燕山—太行山—巫山—雪峰山一线以西,大兴安岭—张家口—榆林—西安—兰州—玉树—拉萨一线以东之间区域,因同时具备滑坡发育的山地地形和年降水量400毫米以上的气候条件,是我国滑坡分布的密集地带。其中以西部地区(西南、西北)的云南、贵州、四川、重庆、西藏以及湖北西部、湖南西部、陕西、宁夏及甘肃等省(区、市)最为严重。据初步统计,全国至少有400多个市、县、区、镇,1万多个村庄受到滑坡灾害严重侵害,有详细记录的滑坡灾害点约为41万多处,总面积为173.52万平方千米,约占国土总面积的18%(截至2000年)。

此外,根据国土资源部地质环境公告统计,2001年全国共发生滑坡灾害3034起,主要分布在安徽、湖南、云南、重庆、福建和四川等省(市);2002年滑坡灾害最严重,全国共发生4万余起,分布在福建、湖南、云南、四川、重庆、广西、湖北、新疆和浙江等27个省(区、市);2003年全年共发生滑坡灾害8973起,主要发生在陕西、重庆、四川、湖南、云南、湖北、安徽、广西以及贵州等省(区、市);2004年全国共发生滑坡灾害9130起,主要分布在湖南、云南、重庆、四川、湖北、广西、安徽、福建等省(区、市);2005年,全国共发生滑坡灾害9359起,主要分布在福建、安徽、湖北、重庆、陕西、浙江、广东等省(市),其中福建省滑坡灾害最为严重,全省全年共发生滑坡灾害5934起,占2005年全国滑坡灾害发生总数的63.4%;2006年,全国共发生滑坡灾害88523起,主要分布在湖南、福建、广东、江西、广西等省(区),其中湖南省全年共发生滑坡灾害78641起,占2006年全国滑坡灾害发生总数的滑坡的危害。

1.滑坡的直接危害

滑坡的直接危害是指滑坡在形成、发生、运动过程中对人的生命财产、各种建筑设施和自然资源、生态环境造成的直接破坏作用。

根据滑坡所造成的危害对象可分为:

(1)对人的生命和财产的危害包括滑坡发生过程中造成的人员伤亡、房屋倒塌、家畜家禽和其他物资财产的损失。一次不大的滑坡灾害在人员密集居住的地方,也能造成巨大的灾难。1987年9月1日四川巫溪县发生了一次仅7000立方米的岩崩,但是给县电力公司的宿舍楼造成很大程度的损坏,在这次事故中,98人死亡;1997年7月17日,同样还是四川,兴文县发生的金凤村滑坡,仅3500立方米的体积,发生时正是村民四面八方聚集在一起赶集的高峰期,造成53人死亡,40人受伤;2001年5月1日晚,重庆武隆县城发生的1.2万立方米的崩塌性滑坡,摧毁了一幢9层的宿舍楼建筑,造成79人死亡,7人重伤。

(2)对水利水电的危害

水库坝岸发生滑坡、崩塌就会直接危害到大坝枢纽工程;近坝库岸如果发生大型滑坡、崩塌,坠入库中激起的高大涌浪就会危害大坝的安全;库区两岸发生大量滑坡、崩塌,废弃物流入水库,造成泥、沙淤积,缩短水库使用寿命;如果灌溉渠道发生滑坡、崩塌,就会填实渠道、中断通水,甚至数百米渠道基础全毁,造成整个灌区瘫痪。

1963年10月意大利瓦依昂水库近坝库岸发生体积为2.5亿立方米的特大型滑坡。滑坡高速冲入库中填满整个坝前库容,激起达几百米高的巨浪,冲毁下游数万米的工程设施和村镇,造成2500人丧生。

(3)对道路工程的危害

滑坡、崩塌对铁路、公路建设的危害主要体现在以下三个环节:

在铁路、公路建设的选线过程中,一次大型滑坡造成的灾害或崩塌形成的堆积区,都会迫使线路改线或绕道行驶。否则需要花费巨额资金进行治理,使整个建设预算大大超出预期投资;若在道路选线过程中忽略或错判了老滑坡、古滑坡的存在,就有可能在施工过程中引起复活,更要花费巨资去治理。

在道路施工过程中,如果是施工方法和工艺不当,或者在道路设计过程中没有考虑潜在滑坡的防治和危险高边坡的加固,很容易就引发工程滑坡或崩塌的发生。工程滑坡、崩塌有很大的危害,能够造成施工人员伤亡、增大防灾投资和延长工期。比如因为滑坡的发生造成川藏公路改线。虽然在工程初期已经作了初勘,但是在设计阶段却没有防治工程设计,所以在施工阶段也没有按照先治滑坡后开挖路基的工序进行,2002年5~8月工程开挖过程中引起了较大范围的滑动,被迫停工对此滑坡进行补充详细勘察和防治工程设计,不仅延长了一年以上的工期,而且追加投资近2000万元。

在道路工程竣工后,试运行初期,如果在施工中对潜在滑坡的危险认识不足,没有做好必要的防治措施,或者因为加固措施不到位,致使道路运行初期就有可能产生滑坡、崩塌。滑坡对道路造成的危害,也许只是阻碍交通1~2小时,也可能将道路完全掩埋,连续数日交通中断,如果毁坏路基或桥梁,则会造成中断交通数月以上。20世纪90年代初期,川藏公路318国道在西藏境内发生滑坡,近400米长的路基滑入河边,造成交通中断一年以上。后来临时在滑体中部开出一条便道通车,每年也都时通时断,直到2000年再次投入3000多万元巨资对滑坡进行治理,对公路进行抢救性修复之后,才使得这段公路基本畅通。

(4)对广大耕地、森林植被等生态环境产生危害滑坡、崩塌灾害对耕地、森林植被也有非常严重的危害,前面提到的中阳村滑坡毁坏田地47公顷,发生在千将坪的滑坡毁坏田地近33公顷。1996年9月18日四川西昌市关把河中上游发生了400万立方米的大型滑坡,堵断河流以后,形成高30多米的土石坝,滑体上13公顷的森林全部倾倒毁坏,有的甚至被埋没。(5)对工矿、城镇建设的危害据统计,我国西部山区几乎所有工矿都受到过滑坡、崩塌的危害,大部分的县乡级城镇都受到过滑坡、崩塌的危害。四川金阳县城就在一个老滑坡体上,木里藏族自治县的城中心也是一个老滑坡。1933年岷江中上游发生地震时,千年叠溪古城毁于一旦。

2.滑坡的间接危害

滑坡的间接危害是指滑坡发生后造成的次生灾害和影响。主要有:

(1)滑坡堵塞河流造成淹没危害

滑坡堵塞河道以后,不仅会对河道上游造成淹没危害,而且被堵河坝溃决的话还会对下游造成溃坝形成的洪水、泥石流灾害。如2000年4月9日,在西藏林芝地区易贡藏布扎木隆巴支沟发生滑坡,并形成岩崩→滑坡→泥石流的灾害链,堵断河道,形成近100米高的土石坝,使上游水位迅速上涨50多米,淹没了上游良田耕地667公顷。60天后大坝溃决,形成特大洪水并冲毁了下游近100千米沿河两岸的道路、桥梁、耕地和村庄,造成很大的伤亡损失。

(2)阻断交通带来的次生危害

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