漢源萬工大型崩滑-碎屑流堆積特征研究及對綜合治理方案的影響

王志超，馬金根，陳 滿

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

漢源萬工大型崩滑-碎屑流堆積特征研究及對綜合治理方案的影響

王志超，馬金根，陳 滿

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川成都 610072）

本文以漢源萬工大型崩滑-碎屑流災害為例，結合致災的基本地質條件對其成因進行了分析，對其堆積過程中表現出來的分區、分層堆積和多期次堆積特征進行了較深入的研究，認為溝域內獨特的地質條件是類似災害多發的原因，碎屑流災害運動過程中塊體（顆粒）間的碰撞作用、動力破碎作用和機械篩分作用對其堆積特征的形成有直接的影響。后期治理中，萬工崩滑-碎屑流災害獨特的災害特征對綜合治理方案的選取產生了較大的影響，對同類災害的成災和治理方案研究具有較為重要的參考價值。

崩滑-碎屑流；分區、分層堆積；多期次堆積；動力破碎作用；機械篩分作用；治理方案選擇

0 前 言

近年來，大型滑坡-碎屑流災害在我國西南山區多次出現，如2008年汶川地震誘發大光包巨型滑坡-碎屑流災害、2010年貴州大寨大型滑坡-碎屑流災害、2013年西藏“3·29”特大型滑坡-碎屑流等。這些災害多是由滑坡轉化成的碎屑流直接成災，具有高速遠程、規模巨大、治理和預防困難的特點，多造成了巨大的災難性后果。

碎屑流的研究在20世紀60年代以后隨著高速滑坡的研究開始作為一種新的災害形式進入學者的視野，工程實踐中，一直有觀念認為“碎屑流就是泥石流，兩者沒有什么區別”，也有碎屑流就是一種滑坡的觀點。筆著認為：碎屑流是一種不同于泥石流的獨立的災害形式。碎屑流是一種以固體物質為主的散體流，根據產生碎屑流的動力作用，常見的碎裂流有崩滑解體型、（寒凍）風化型、雪崩型等。碎屑流不同于滑坡和泥石流，但又和二者有著密切的關系?；乱话闶瞧麦w沿滑移面的整體性滑動，而泥石流一般是混雜了大量泥渣、石塊等固體物質的特殊洪流，水是泥石流災害的載體?；隆⒈浪刭|災害在解體后具備陡坡等地形條件時易轉化成碎屑流，滑坡、碎屑流堆積體則反過來又為泥石流的發生提供了大量的松散物源。三者在物質組成、動力作用（啟動）、運動過程和形態特征、治理思路方面都有各自的側重點，在此不展開論述。

本文以漢源萬工大型崩滑-碎屑流災害為例，主要對災害發生后表現出來的堆積特征進行了研究，并就堆積特征對后期工程綜合治理方案選取的影響進行了分析和探討。本文結合致災的基本地質條件進行了分析，對其堆積過程中表現出來的分區、分層堆積和多期次堆積特征進行了較深入的研究，認為溝域內獨特的地質條件是類似災害多發的原因，碎屑流災害運動過程中塊體（顆粒）間的的碰撞作用、動力破碎作用和機械篩分作用對其堆積特征的形成有直接的影響，后期治理中，萬工崩滑-碎屑流災害獨特的災害特征對綜合治理方案的選取產生了較大的影響，對同類災害的成災和治理方案研究具有較為重要的參考價值。

1 萬工大型崩滑-碎屑流成因條件分析

1.1 地形地貌條件

“7·27”災害所在的大溝流域屬高中山地形，構造剝蝕地貌，最高點為后緣二蠻山，高程1 963.4 m，最低處為瀑布溝電站庫區正常蓄水水面，高程850 m，溝道平均坡度接近30°。

高程900～980 m段地形為集鎮所在的寬緩臺地；原沖溝左側高程1 100～1 210 m段為原大溝原住戶所居的緩坡段。大溝整體上沿溝谷中心線近東西向展布，“7·27”前溝谷呈深切V型溝，溝源段切割較淺，高程850～920 m為溝口匯入段，溝床切割深度最大約45 m?！?·27”災害發生前后地形地貌見圖1、2。陡峻的地形為滑坡、泥石流等多種災害體的啟動和能量轉化提供了能量條件，狹長的溝道地形為災害體的運動和形態轉換提供了空間條件。

圖1 “7·27”災害前地貌

圖2 “7·27”災害后地貌

1.2 物質條件

大溝流域外側東北方向存在一條走向近南北的區域性大斷裂——漢源-昭覺斷裂。漢源-昭覺斷裂北起泥巴山埡口，向南延伸，經漢源、桂賢、甘洛至昭覺竹核一帶，長達120 km。有寬20～60 m的破碎帶，帶內糜棱巖、角礫巖、斷層泥等構造碎裂巖發育。

工程區出露基巖地層主要為二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2β）和二疊系下統陽新灰巖組（P1y）。玄武巖組分布于大溝西北側，柱狀節理發育，表部巖體風化卸荷強烈呈短柱狀或碎塊狀（見圖3）?；規r組分布于大溝的南東側，表層灰巖卸荷裂隙較發育，裂隙多被粉質粘土充填，巖石表層風化強烈，凹凸不平，溶蝕溝槽發育強烈。本區勘探揭示溝內灰巖和玄武巖之間發育一青灰色～黃灰色的泥化帶夾層，厚度一般大于20 cm，主要為含礫石粘土，礫石次棱角～次磨圓狀（見圖4）。獨特的地層情況為大溝流域內多種地質災害的發展提供了物質基礎。

圖3 玄武巖陡壁柱狀節理發育

1.3 水文地質條件

大溝流域系大渡河左岸的一級支溝，大溝流域發育二條季節性沖溝，為大溝、潤水溝，二溝近似平行排列（見圖5）。大溝是大溝流域最大的一條沖溝，發育于萬工集鎮后源二蠻山西南坡，發育高程1 963.4～850 m，全長約2 600 m，集雨面積1.71 km2?！?·27”災害前溝內發生多次持續的降雨過程，7月25日的8小時降雨超過了50年一遇的8小時設計暴雨。災前強降雨形成多次小規模的泥石流，對溝側邊坡起到了掏腳作用，降雨的持續入滲進一步降低了坡體內物質的抗剪強度。

圖4 灰巖和玄武巖間軟弱夾層

2 萬工大型崩滑-碎屑流堆積特征分析研究

根據對大溝流域內大量的地質調查研究和勘探試驗工作，萬工大型崩滑-碎屑流地質災害呈現出以下幾個較為明顯的成災和堆積特征：崩滑-碎屑流鏈式成災、分區分層堆積和地質歷史時期多個堆積期次。

2.1 崩滑-碎屑流鏈式成災過程

圖5 大溝流域水系示意

“7.27”地質災害為大溝上游二蠻山高陡邊坡在高強度、持續降雨的誘發下產生的突發滑坡，滑坡在運動過程中解體轉化為碎屑流，同時，大溝流域內堆積的松散巖土體受降雨等因素的影響發生多次小規模的泥石流和垮塌，并最終造成災害。整個災害過程中，由于各類災害之間相互激發、相互轉化，形成了一系列在時間上有先后，在空間上彼此相依，在成因上相互聯系，以“崩滑-碎屑流”為主要表現形式的災害鏈。從空間上看，“7.27”地質災害發生過程可以明顯的劃分為坡體崩滑解體和碎屑流流通堆積兩個階段（見圖6）。

圖6 “7·27”地質災害崩滑-碎屑流鏈式成災

大溝上部右岸玄武巖邊坡為坡體崩滑源區，崩滑后形成高約100 m的玄武巖陡壁，邊坡走向為N 77°E，傾向SE44°，陡壁以上地形坡度為45°～50°（見圖7）。該段基巖地層柱狀節理發育，表部巖體風化卸荷強烈，呈碎塊狀或柱狀。該段發育的結構面以柱狀節理為主，產狀主要為以下三組：①N65°～75°E／SE∠70°；②N40°～50°W／∠NE∠60°；③N5°～10°W／∠NE∠70°。特殊的的地質條件和降雨等誘發因素對崩滑的發生提供了較有利的條件。大溝溝道高程1 360～1 400 m位置有明顯的平臺狀地形，崩滑體啟動后在溝道內高速運行，遇到溝道中部的緩臺發生高速撞擊崩滑體解體，在巨大的慣性力作用下繼續沿溝道運動，崩滑災害轉變為碎屑流（散體流），碎屑流繼續向下運動，遭遇致災對象時則造成了災害的發生?！?.27”地質災害發生后，溝內堆積了大量的松散物源，后期又多次發生不同規模的泥石流、崩滑等地質災害（見圖8）。

2.2 分區和分層堆積特征

萬工崩滑-碎屑流堆積表現出明顯的分區堆積特征和分選性。從橫向看，大溝流域崩滑-碎屑流堆積自溝谷中心線向外可以劃分為碎屑流流通堆積區和碎屑流拋灑堆積區兩部分（見圖9）；從垂向看，局部堆積區顆粒組成表現出明顯的上粗下細的粒徑堆積層序（見圖10），且堆積體前緣具有類似于泥石流的龍頭堆積特征。

由于碎屑流在運動過程中兼具直進性和受地形約束的流體運動特征，“7.27”崩滑-碎屑流在平面上明顯的分成堆積區A和堆積區B兩個堆積區（見圖6）。大溝溝道總體上近EW向展布，但在1 200 m高程處大溝溝道向右發生偏轉，自N70°轉為EW向?！?.27”崩滑體解體后沿溝道高速直線運動，在高程1 200 m左右地形變緩，碎屑流流通過程中直接將原沖溝左側高程1 100～1 200 m原寬緩平臺處的居民住房掩埋并形成了堆積區A；同時，大溝溝道在此向右發生偏轉，由于堆積區A的阻擋作用和碎屑流的流體運動特征，部分碎屑流向右偏轉，運動過程中將原溝床內的排導槽填埋，并越過導墻延伸至集鎮，致使集鎮107戶移民房屋損毀，357戶房屋受到不同程度的影響，形成了長約390 m，堆積寬度約100～130 m的堆積區B。

圖7 “7·27”地質災害崩滑源區

圖8 “7·27”地質災害后泥石流災害

圖9 “7·27”碎屑流堆積流通區和拋灑區分界

圖10 “7·27”碎屑流堆積粒序特征

大溝流域崩滑-碎屑流堆積自溝谷中心線向外可以劃分為碎屑流流通堆積區和碎屑流拋灑堆積區兩部分。碎屑流主流通區速度快，破壞力強，對溝床底部和兩側形成巨大的鏟刮作用，萬工碎屑流堆積前緣由于碎屑流鏟刮作用形成了狹長的溝槽地形，主流通區停積后形成厚度大于10 m的堆積體；碎屑流拋灑區為主流通區高速運動過程中撞擊拋灑的碎礫石為主的堆積體，在溝道兩側斜坡上形成了明顯的刮痕線并指向下游，與主流通堆積區比，拋灑區粒徑較大的孤塊石含量較少且堆積厚度較薄。

從垂向看，堆積區顆粒組成局部表現出明顯的上粗下細的粒徑堆積層序，且堆積體前緣具有類似于泥石流的龍頭堆積特征?，F場調查發現，碎屑流堆積物在局部區塊表現出較明顯的堆積分選性，表層大塊徑的孤塊石相對集中，表層以下大顆粒則明顯減少，根據對堆積區A的顆分試驗成果分析，該區表層大于200 mm的顆粒組成占比高達30%（質量百分比），表層以下該粒組的顆粒組成占比一般小于20%。從堆積體前緣呈現出的龍頭堆積特征看，碎屑流的前緣部位粒徑巨大的孤塊石相對較為集中，塊徑大于1 m的孤石并不少見。從其顆粒分選的力學機制看，主要是由于碎屑流運動過程中的振動篩分作用和碎屑顆粒之間碰撞所產生的動力破碎作用［1］。

2.3 萬工崩滑-碎屑流多期次堆積特征

根據地表調查和地質勘探揭示，大溝流域崩滑-碎屑流堆積地層呈現出明顯的堆積期次。地質歷史時期至少發生過4次較大規模的崩滑-碎屑流災害，從分布面積和厚度看，最近三次的堆積范圍都大于“7.27”地質災害（見圖11、12）。

圖11 萬工崩滑-碎屑流多期次堆積平面

圖12 萬工崩滑-碎屑流多期次堆積剖面

從對上述四層（期）碎屑流堆積的分布特征看，大溝流域內碎屑流堆積的范圍在逐期變小，堆積厚度變薄，且堆積前緣的高程在逐漸增高、后退，從大的地質歷史時期的角度看，大溝流域地質災害整體上處于衰退期。歷次碎屑流堆積分布特征詳見表1。

表1 歷次碎屑流堆積統計

我們利用地質歷史分析的方法對大溝流域內歷次滑坡—碎屑流過程進行了初步反演：大溝流域受鄰近的漢源-昭覺斷裂影響并地處二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2β）和二疊系下統陽新灰巖組（P1y）的巖性分界帶上，裂隙較發育，巖體較破碎，地質勘探也揭示溝內灰巖和玄武巖之間發育一青灰色～黃灰色的泥化帶夾層。獨特的地質條件和構造背景使得大溝流域天然就具有易受各種內外地質作用改造的特性。正是在這種背景下降雨、地震、凍融風化等多種作用在大溝流域的薄弱地帶開辟出了早期的大溝溝道，隨著水流的侵蝕下切作用，沖溝逐漸加深，溝道右側的玄武巖卸荷加強，向溝心的變形逐漸積累，當變形積累到臨界點，在暴雨（地震）等工況下，強風化、強卸荷的玄武巖體產生崩塌、碎屑流堆積在大溝內，形成了第①期滑坡—碎屑流堆積體；玄武巖本身巖性硬且脆，由于玄武巖體內原生的柱狀節理和后期的卸荷裂隙都十分發育，抗風化能力較弱，加之灰巖和玄武巖之間發育的泥化帶夾層，在大溝的形成過程中，溝床主要沿泥化帶夾層即灰巖的頂面逐漸下切，導致大溝左側灰巖順向坡臨空面加大，大面積裸露地表并接受各種地質作用的改造，表淺層強風化、強卸荷灰巖體在重力及暴雨作用下，產生滑動，形成了第②期崩滑-碎屑流，即第②層鈣化態層；早期形成的第①、②期崩滑-碎屑流堆積體在較長的地質年代中發生較強的鈣質和硅質膠結作用，碎屑流第③、④期與第①期成因相同，但規模逐漸減小。

3 萬工滑坡—碎屑流堆積特征對綜合治理方案的影響

萬工滑坡—碎屑流地質災害治理采取了“排導槽＋攔擋樁群＋分流槽＋部分固源＋部分清挖＋截排水＋其他”的綜合治理方案（見圖13）。

圖13 “7·27”地質災害綜合防治效果

在綜合治理方案確定前，綜合治理方案中的“部分固源（后緣抗滑樁）”和集鎮后方“攔擋樁群”兩部分曾引起較大的討論，一是否有必要修建；二是能否保證樁體立地生根。筆者在此僅結合大溝流域內滑坡—碎屑流的成災堆積特征就其合理性做簡要的論述。

后緣抗滑樁和集鎮后方攔擋樁群是否有必要修建，與未來大溝內可能發生的災害類型和規模有直接關系。經前文論述，大溝流域地質歷史時期至少發生過4次較大規模的崩滑-碎屑流災害，2010年“7.27”地質災害滑坡—碎屑流也是主要的致災類型，在未來相當長的歷史時期內，形成滑坡—碎屑流災害的客觀地質條件并沒有發生根本性的改變。因此，與常規的泥石流災害以導為主的治理思想有所不同，大溝流域治理需要把對滑坡—碎屑流災害形式的治理作為主要考量因素之一，一是從崩滑源上減弱災害的發生，二是在集鎮后方增加一道防線，防止可能發生的崩滑-碎屑流（泥石流）等災害越過排導槽直接沖擊萬工集鎮。

后緣抗滑樁和集鎮后方攔擋樁群能否站穩，則取決于樁基持力層的地質條件，經地質勘探查明，后緣抗滑樁部位持力層為完整的灰巖巖體，力學強度較高。集鎮后方攔擋樁群持力層為早期堆積的第①、②期崩滑-碎屑流堆積體，這兩期堆積體在較長的地質年代中發生較強的鈣質和硅質膠結作用，完整性相對較好，局部膠結較好部位其力學強度不低于相應的新鮮基巖。因此，后緣抗滑樁和集鎮后方攔擋樁具有立地生根的條件。

4 結 語

（1）萬工大型崩滑-碎屑流地質災害呈現出以下幾個較為明顯的成災和堆積特征：崩滑-碎屑流鏈式成災、分區分層堆積和地質歷史時期多個堆積期次。溝域內獨特的地質條件是類似災害多發的原因，碎屑流災害運動過程中塊體（顆粒）間的碰撞作用、動力破碎作用和機械篩分作用對其堆積特征的形成有直接的影響。

（2）碎屑流是一種不同于泥石流的獨立的災害形式。碎屑流是一種以固體物質為主的散體流。碎屑流不同于滑坡和泥石流，但又和二者有著密切的關系。滑坡一般是坡體沿滑移面的整體性滑動，而泥石流一般是混雜了大量泥渣、石塊等固體物質的特殊洪流，水是泥石流災害的載體。三者在物質組成、動力作用、運動過程和形態特征、治理思路方面都有各自的側重點。

（3）萬工大型崩滑-碎屑流特殊的堆積特征和致災過程對綜合治理方案的選擇產生了較大的影響。需要指出的是，由于萬工集鎮本身為移民集鎮，因此綜合治理方案在擬定過程中更多的考慮了安全因素，在多數地質災害治理工程中，如何取得工程經濟性和安全性的統一是需要仔細思考的問題。

［1]王玉峰，程謙恭.汶川地震觸發高速遠程滑坡-碎屑流堆積反粒序特征及機制分析［J］.巖石力學與工程學報，2012（6）.

簡訊

老撾南歐江二級水電站成功下閘蓄水

10月18日上午，由院監理部（二灘國際）承擔監理任務的老撾南歐江二級水電站正式下閘蓄水，如期實現節點目標。

下閘蓄水任務順利完成是南歐江二級水電站工程建設中的重要里程碑，標志著二級水電站工程發電、防洪度汛等效益將逐步實現，同時，也為2015年度“11.29”首臺機組提前發電目標打下了堅實的基礎。南歐江二級水電站開發建設將為老撾北部和老撾電網提供穩定優質的電源，同時也將極大地改善老撾瑯勃拉邦省境內的交通條件，促進南歐江流域地區的旅游業和工業的發展，從而帶動當地社會和經濟的快速發展。

（本刊編輯部）

P642.21

B

1003-9805（2015）04-0113-06

2014-10-16

王志超（1981-），男，河北保定人，工程師，從事環境地質工作。