四川康定Ms6.3级地震次生地质灾害特征及成灾模式

曹水合，王运生，贺建先

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059;2.四川省地矿局九一五地质队，四川眉山 620000)

0 引言

据中国地震台网，北京时间2014年11月22日16时55分、2014年11月25日23时19，在四川省甘孜藏族自治州康定县发生6.3与5.8级地震(以下简称康定Ms6.3级地震)，震中距康定县城约30 km，距成都市约230 km。成都、德阳、乐山等地都有明显震感。

图1 康定地区中强震震中分布［6］及Ms6.3地震次生地质灾害分布图Fig．1 Distribution of strong earthquake epicenter in Kangding area and co-seismic geohazards distribution caused by Ms6.3 earthquake

2014年11月19日，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室包括作者在内的6名科研人员在泸定进行斜坡地震动监测数据采集工作，11月22日16时55分6.3级地震后，鉴于强震后常常诱发大量的次生山地灾害［1-5］，工作组迅速对康定姑咱地区进行了地震次生地质灾害调查，并于次日(11月23日)对震中康定塔公乡重灾区进行了重点排查;另一方面，及时通过多渠道收集地震灾区地形和地质资料，并对距离震中较近的冷竹关地震监测数据处理分析，为震区地震地质灾害应急抢险提供了宝贵的第一手基础资料。笔者在野外地震次生灾害调查的基础上，分析了本次地震产生的次生灾害特征及成因，初步总结了本次地震次生灾害成灾模式，并提出山区公路规划建议。

1 发震断裂带

据中国地震台网公布的震中位置(图1)，康定地震震中位于鲜水河活动断裂带。该断裂带位于川滇菱形断块北东边界断裂的北段，是川青与川滇块体的分界线，也是“九龙断块”的东北边界，东边大致起自四川境内的贡嘎山东缘、川滇南北带西缘的石棉县田湾一带，向北西经磨西、康定、乾宁，再过道孚、炉霍、甘孜和马尼干戈，止于青海的玉树，全长近700 km;在平面上总体呈向北东微凸的弧形，其中石棉-康定段走向为北10°～15°西，康定-炉霍段走向北西偏至北30°～40°西，甘孜 -玉树段走向约为北60°西［6-7］。

鲜水河断裂带是一条第四纪以来活动强烈的断裂带。沿该断裂带地震活动具有频度高、强度大的特点，成为我国内陆重要的强震发生带之一。据记载该带自1725年以来共发生过5级以上的破坏性地震36次，其中6级以上地震13次，7级以上地震6次［8］。杨永林等通过多个跨断层形变场地20余年的测量资料研究表明断裂带正向闭锁的趋势演化，北西段和南东段的闭锁存在较大差异，而南东段断层仍处于能量持续累积的高应力状态［9］。

2 地震次生地质灾害发育特征

2.1 灾害分布特征

康定地震次生地质灾害以带状小规模崩塌为主，规模数十至数百方不等;一些覆盖层较厚的凸出斜坡及公路路基有震裂裂缝出现(图2a);在新都桥-塔公沿线小型滑坡出现(图2b)，但未见大规模滑坡;在塔公-江巴-康定段沿鲜水河断裂带崩塌灾害分布较为密集(图1)。

图2 路基开裂和开挖边坡滑塌Fig．2 Roadbed cracking and collapse of excavation slope

崩塌空间分布特征:①沿塔公-江巴-康定段鲜水河断裂带成零星带状分布，该段断裂地貌成北西向槽谷，上盘为两河口组康定杂岩组成的高原地貌，下盘为侏倭组、贡嘎岩浆岩组成的中高山深切河谷，下盘比上盘陡峻，槽谷两侧斜坡均为地震崩塌分布;②零星崩塌或滑塌(图3)，覆盖层斜坡震裂现象以瓦斯沟与大渡河交汇处大渡河右岸Ⅱ～Ⅲ阶地卵砾石土层斜坡为典型，发生大面积垮塌(图4);在斜坡中上部与坡向一致的延伸十余米的拉裂缝，裂缝约10 cm，垂直位错5 cm;路基外侧边坡在地震中震裂较多(图5)。

图3 崩坡积岸坡崩塌和基岩岸坡崩塌Fig．3 Rockfall of loose－colluvial deposit and rockfall of bedrock slope

图4 地震发生时冲洪积层边坡垮塌Fig．4 Collapse of pluvial alluvial sediments slope in the earthquake

图5 土质岸坡震裂崩塌Fig．5 Collapse of soil slope

剖面上崩塌体主要分布于峡谷谷坡中上部、坡缘部位或三面临空的山嘴部位，受风化卸荷及受三组结构面控制的楔形体(图6a)，在峡谷谷坡中部由于工程开挖或河流侵蚀形成的倒悬体也易形成崩塌(图6b)。

图6 楔形体崩塌受控结构面和工程开挖倒悬体崩塌Fig．6 Rock’s structure plane of rockfall and rock fall of overhanging bedrock

2.2 灾害类型与成灾模式

本次调查崩塌共计22处，其中土质崩塌居多，共17处，占崩塌总数的77.3%;均为小型崩塌，无大中型崩塌;崩塌危岩体的结构特征以散体结构为主，占20处;按稳定性评价，目前处于不稳定的有2处，处于基本稳定状态的占20处，详细统计数据见表1。

表1 崩塌分类统计表Table 1 Collapse sorted statistics

在野外调查基础上，对该区域内次生灾害发育规律特征进行分析，按照岸坡类型划分总结得到3种公路岸坡破坏模式［10-11］:

(1)陡倾岩质边坡-崩塌

在深切河谷地区，由于公路修建坡脚开挖，多形成陡坡或反坡地形，在坡脚部位常常表现为“凹腔”或“倒悬体”(图6b)，导致上部岩体处于悬空状态，为上部岩体的进一步破坏提供了有利条件。这类边坡突出来的岩体上通常发育有垂向的构造节理、风化节理，拉应力集中在尚未产生节理裂隙的部位，当拉应力大于岩石的抗拉强度时，拉裂缝就会迅速沿节理面扩展［12］，突出的岩体就会突然向下崩落形成拉裂式崩塌［13］，而地震时的竖向加速度加速了拉裂式崩塌的发生。

在坚硬岩质边坡表层，通常发育多组卸荷节理面和层理面［14］，这些软弱面切割形成的楔形槽(图6a)，当滑动面上的剪切应力超过其抗剪强度，这些楔形体沿外倾的软弱面产生滑移，当块体重心滑出坡外即发生滑移式崩塌，地震波水平向加速度是危岩体下滑的重要诱发因素。此外，强震作用后，沿这些构造面斜坡上产生更多的震裂岩体，在后期外界条件下，尤其是结构面平行临空面的地段更易发生滑移式崩塌［15］。

(2)土质边坡-垮塌

自然状况下，崩坡积体斜坡坡度一般在30°～50°之间，以硬塑状含亚黏土和中密状含黏性土块碎石为主，崩坡积层厚一般在1～20 m。强震作用下破坏表现形式为表层局部破坏，后部垮塌覆盖。在无支挡防护结构的地段危险较为严重，崩塌堆积体直接覆盖下部公路(图3a)。

由粗(块碎石)到细(弱胶结或无胶结粗砂、中砂)的坡洪积层，天然状况下胶结良好，但由于开挖边坡，加之强震作用下易于失稳垮塌(图4)。

(3)土质边坡-震裂崩塌

由岩石经风化作用形成的堆积于平缓的山坡或坡脚的残坡积土层，从本质上是一种非均质材料，但其力学性质及应力应变本构关系却呈现出明显的连续介质材料特性，与黄土颇为相似，常常发育隐性垂直节理［16-17］。被垂直节理切割的板状、柱状土体在静水压力、重力等作用下沿底部发生转动形成拉裂-倾倒式崩塌(图5)。强震时地震波水平向加速度是其主要诱发因素。

2.3 次生灾害的危害

康定地震次生地质灾害的主要危害表现在以下几个方面:峡谷段崩塌阻塞交通、中断通讯系统;陡坡上部危岩失稳，巨石滚落砸毁坡脚房屋;路基、房屋震动开裂。

(1)峡谷段崩塌造成交通阻塞、通讯设施暂时性中断

地震中，泸定-丹巴S211省道位于大渡河深切峡谷段，陡峻岸坡崩塌造成该段公路阻塞并引发交通事故，同时沿线铺设的通讯电缆、输电线也因地震动临时性中断。

(2)巨石砸毁民房

康定县大河沟村一座村民房屋建于陡峻斜坡坡脚，在强震作用下崩落巨石往往呈抛射运动［18］，动能更大，破坏力更大，对距坡脚较远的房屋也造成破坏，当时无人居住并未造成人员伤亡(图7a)。

(3)路基、房屋震动开裂

部分公路路段路基在地震中路基出现下沉，路面开裂、破坏，在一定程度上影响其通行能力与使用寿命;在断裂带震中附近的塔公乡居民房屋大部分为浆砌石结构，垮塌、震裂现象较为普遍(图7b、c)，特别是震中沐雅祖庆学校房屋开裂严重，校舍楼顶外墙垮塌严重(图7d)。

图7 次生灾害的危害Fig．7 Damage of secondang disasters

3 灾害成因分析

天然状况下，斜坡岩土体的稳定性主要受到岩土体内原始应力状态、坡形、岩土体特性与结构的影响［19］。在强震作用下，边坡的变形破坏程度、特征以及稳定性不仅受岩体性质、高程、微地貌、结构面等地质因素控制，还与地震波的类型、加载方向、频率、振幅有关［20］;且强震中的体波形成的拉-剪破裂效应和楔劈效应，面波效应产生的坡体表面鼓胀拉力和扭力的作用，二者共同作用是坡体发生破坏的重要力学因素［21］;地形条件是地震诱发斜坡次生灾害的主要影响因素，地震波丰富的波长成分与地形尺寸耦合作用产生的斜坡地形放大效应加剧坡体损伤或失稳破坏［22-23］。

康定地处四川盆地西缘山地和青藏高原的过渡地带，为高原峡谷区，雅砻江由北向南深切而过，切深2500 m以上，地形反差大，峡谷林立，多形成陡直临空面、孤立山嘴，为崩塌、滑坡等灾害的发生提供了良好的地形条件。此外，深切峡谷斜坡坡体中上部多存在不连续界面(如基覆界面、强卸荷带、弱卸荷带等)，局部地段边坡失稳严重。加之该区处于活动日趋强烈的鲜水河断裂带，频繁的地震活动加剧了斜坡岩体结构疲劳损坏。因此，一旦发生地震，该区域深切河谷的高陡边坡公路沿线、长期构造侵蚀作用下形成的孤立山嘴等地方极易形成崩塌。

4 结论与建议

通过康定地震灾区现场调查，初步掌握了康定地震次生地质灾害的总体发育特征:(1)康定地震地质灾害以小型崩塌为主，零星分布在发震断裂附近及震区峡谷带，以陡峻岸坡凸出部位居多，主要危害交通、管线及居民房屋;(2)滑坡基本不发育，少见小规模土质滑塌且影响范围有限;(3)峡谷带潜在不稳定土质斜坡的凸出部位出现拉裂缝;(4)由于灾区建筑多为浆砌石结构，震级虽不大却出现较多房屋开裂、垮塌现象。

建议在对主要灾害点进一步调查的基础上，对崩塌源区稳定性较差的危岩体采取排危及被动防护网的防治措施;对灾区以后房屋建设应采用钢筋混凝土结构;考虑到地震波的斜坡地形放大效应，建议山区公路规划尽可能避免陡立谷坡中上部、突出山嘴等部位，宜采用桥隧工程通过。

致谢:成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室科斜坡地震动监测科研人员贺建先、高原、何源、赫子皓等，在地震后第一时间赶赴灾区收集野外资料，在此一并表示感谢。

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