大型深層滑坡災害及其預測

（京都大學防災研究所，日本京都611-0011）

（京都大學防災研究所，日本京都611-0011）

為了進一步探明大型深層滑坡發生機制，對今后發生潛在大型深層滑坡區域進行預測，通過對比分析近年來亞洲地區發生的多起大型深層滑坡，從誘發大型深層滑坡的地震與降雨兩個主要方面，分析了特殊地層巖性在化學風化作用影響下與多種坡體結構在重力作用影響下的深層滑坡特征，以及降雨對于該類滑坡的形成所具有的促進作用.研究結果表明，對于由地震作用誘發的深層滑坡，應主要根據不同巖石種類的化學風化情況、深層滑坡形成的力學演化機制以及先行降雨對地震滑坡潛在位置進行預測；對于由降雨誘發的深層滑坡，應主要根據重力邊坡變形與內部地質結構的地形特征對深層滑坡發生位置進行預測.

降雨；地震；重力變形；深層滑坡

滑坡災害常受到巖石地質條件變化的影響.如：2014年廣島暴雨引起的淺層滑坡和泥石流，其中巖石的巖性是風化花崗巖；2013年伊豆大島暴雨引起的淺層滑坡和泥石流，其巖性是年代較新的火山灰.由于這些巖石的地質特征，決定了這些地方不會發生災難性的深層滑坡.相反，2011年，塔拉斯臺風在日本西部紀伊山脈誘發了很多災難性深層滑坡，因為該地區的白堊紀增生雜巖帶非?？赡苄纬纱笮蜕顚踊?

本文所討論的大型深層滑坡是指高速碎屑滑坡［1］或巖石、巖屑崩落等.這些滑坡受到深層地質構造的影響，有別于近地表土體或碎屑組成的淺層滑坡.為了減輕這種由大型深層滑坡引起的災害，需對它們的潛在位置進行預測.然而目前這種方法尚未建立，因此，本文總結了大型深層滑坡帶來的災害及其發生地點的預測方法.

1 大型深層滑坡帶來的災害

大型深層滑坡帶來的災害主要有巖石的相互撞擊、由滑坡壩引起的上游洪水泛濫、潰決時引發下游洪災以及鐵路、公路生命線中斷等.

巖石塊的相互撞擊將摧毀大多數的人工建筑，但是，救援人員可能通過搜尋堆積體的特定部分找到被困人員，這些部分在運動過程中并未與其他滑體完全混合，即使完全壓碎仍能保持其在原有坡體的相對位置.1999年，在臺灣省集集地震引起的草嶺和九份二山滑坡中，滑體頂部的建筑在滑坡后仍然處在堆積體的頂部位置，這使得屋內人員雖有受傷但還是得以幸存.

深層滑坡是大量巖石或碎屑的滑動，這些堆積物常形成滑坡壩，從而導致上游被淹沒；當滑坡壩潰決時，下游將產生洪水災害.為了應對這種洪水災害，需要對滑坡壩的形成進行監測.該工作可通過監測振動數據來實現對滑坡震動的探測［2-3］，然而，由于地震本身造成的影響，由地震引起的滑坡可能無法通過地震數據來進行探測.由滑坡壩潰決引起最為嚴重的一次滑坡災害，是1933年8月25日下午3點50分發生在四川省疊溪的7.5級地震，該地震誘發了大型巖質滑坡并形成了滑坡壩，震后45天滑坡壩潰決，引發了洪水并造成20 000人死亡.在一次大暴雨或強地震中，深層滑坡可能發生在很多地方，并摧毀公路，鐵路等基礎設施，如2008年中國汶川地震和2011年日本塔拉斯臺風.

通常大型深層滑坡的移動速度超過100 km/h，并且滑動距離很遠.如1984年長野縣西部地震引起的御岳山滑坡，8分鐘內移動距離約10 km［4］.滑坡的運動性可通過等效摩擦因數進行評價（等效摩擦因數是滑坡高度和水平長度的比值）.等效摩擦因數隨滑坡體積的增大而減小.值得注意的是，火山碎屑堆積滑坡的等效摩擦因數比其他類的滑坡要小的多，如圖1所示［5］.從圖1可看到，火山碎屑滑坡點遠低于其他滑坡線.

圖1 等效摩擦因數與滑坡體積之間的關系Fig.1 Equivalent coefficient of friction and landslide volumes

2 大型深層滑坡潛在位置預測

2.1 地震引發的滑坡

最近的地震，如2011年日本地震、2009年印度巴東地震、2008年中國汶川地震、2008年日本巖手宮城地震、2005年巴基斯坦地震，以及2004年日本新瀉地震都有利于幫助我們了解地震誘發災害性深層滑坡發生的地點和原因，這些滑坡通常發生在巖體化學風化和重力變形過程到達或接近閾值時，且先于地震誘發災難性破壞.

2.1.1 化學風化誘發的滑坡

（1）火山碎屑堆積體

在很多國家，地震誘發的滑坡常發生在火山碎屑堆積的緩傾邊坡［5-6］，如表1［7］.這些滑坡極易滑動，但不會發生在陡傾斜坡上，因為火山碎屑堆積形成的邊坡傾角小于其休止角.導致這種滑坡最基本的因素是坡面與層面平行，深部強風化巖層以及坡腳削坡.滑動面往往含有黏土質火山灰或浮石基底，黏土礦物埃洛石也常出現在其中.滑坡可能發生的地點可以根據火成巖地層進行預測，由表1所列案例顯示該特殊地層層位可成為滑動面區域.富含埃洛石的土體可能具有在抗地震震動過程中表現薄弱的特性，但還需要進一步研究［7］.

最近由地震引起的大型火山碎屑滑坡是發生于2016年2月16日日本阿蘇地區的熊本地震.該地震震級為7.3級，矩震級7.0級，如圖2所示（照片來自國際航業公司和PASCO公司）.該滑坡造成5人死亡，具有最大深度10 m和滑動面沿浮石基礎分布的特征.

表1 地震誘發大型火山碎屑堆積層滑坡列表Tab.1 A list of earthquake-induced catastrophic landslides of pyroclastic fall deposits

圖2 2016年日本熊本地震引發火山碎屑堆積層滑坡Fig.2 A landslide of pyroclastic fall deposits induced by the 2016 Kumamoto earthquake，in Japan

（2）碳酸鹽巖

碳酸鹽巖易被地下水所含碳酸溶解，從而形成諸如洞穴、落水洞等地貌.2008年汶川地震引發大量碳酸鹽巖滑坡［8-9］，其中有許多滑坡發生在具有良好成層性的碳酸鹽巖斜坡上.這些滑坡的滑動面沿層理面發育，滑動面通常表現為具有漣漪狀洼地和破裂狀突出體的粗糙表面，其中洼地是由碳酸鹽溶解形成，斷裂的突出體是在上覆滑動巖體和下部巖體接觸面形成［10］，斷裂突出是在發生上覆蓋滑動巖石和巖石下方之間的接觸部分.地下水沿層面流動溶解碳酸鹽，減小了上部滑動巖體與下部巖體的接觸面積，這些接觸面最終被地震動破壞.與之相對，孔隙空間的增大可疏導地下水，因此在雨季孔隙水壓力不太可能形成.在2005年喀什米爾地震中，許多地區也誘發了不少大型碳酸鹽巖滑坡［11］.

2.1.2 力學機制

大型地震滑坡的前期力學醞釀通常表現為滑坡發生前的深層重力邊坡變形，這種變形在許多滑坡之前發生.前期的重力邊坡變形對地震引起大型滑坡的破壞包括幾種特定的類型，見表2［5］.九份二山滑坡在滑坡前的凸形坡上已出現縱彎褶皺（見表2中B結構），該邊坡的變形在地形上表現出線性凹陷和階梯.縱彎褶皺常出現在緩傾順層邊坡，當縱彎褶皺發生于褶皺下翼倒轉部位時，縱彎褶皺可顯著地降低邊坡的穩定性，原因是當褶皺下翼破壞時，整個邊坡在坡腳處將失去支撐.

緩傾順層邊坡中一種特殊類型是支撐型構造.該類型位于坡腳的基底并支持著上部坡體，有可能是地震誘發滑坡的發生地（見表2中Bt結構）.一個著名的案例是1959年美國赫布根湖地震引發的麥迪遜滑坡［12］.

中陡傾順層邊坡可能易于發生平流滑動（見表2中OC結構），形成線狀凹地或上傾陡坡. 1999年集集地震中的草嶺滑坡就是該類型，在地震前存在中陡傾順層邊坡，線狀凹陷并有沿其方向凹陷的趨勢.

由地震頻繁誘發的另一類型滑坡是古滑坡的復活.這種古滑坡從山谷一側穿越河流與對側坡體相撞，然后受到河流侵蝕發生底部切割（見表2中的CU結構）.由于上部物質支撐的移除，造成滑體不穩定而復活，這種類型的滑坡在2004年日本新瀉地震中很多地方均有發生［14］.

表2 地震誘發各種由不同特殊地質構造和先期地貌所形成的巖石的滑坡列表Tab.2 A list of earthquake-induced landslides of various rocks with special references to geologic structures and precursory landforms

2.1.3 前期降雨

因為地下水位線能通過正孔隙水壓力增加或減少影響土體的基質吸力，所以地震前的降雨（先行降雨）對滑坡發生具有顯著性影響.2004年日本新瀉地震誘發了100起超過105m3的滑坡［23］，但是2007年諾托半島和2007年新瀉地震誘發的滑坡卻很少，盡管這兩次地震具有相似的地質和地貌條件和相近的地震強度.根據滑坡發生中所觀察的區別已做過相關報道［24］，2004年地震前三天內有超過100 mm的降雨，但是另外兩個地震前的降雨量要小得多.

前期降雨也對那些火山碎屑堆積體滑坡的發生有著極大的影響.根據日本氣象廳報道，2011年日本東北地震在廣泛區域引起了大于6級的震動，但所觸發的由火山碎屑堆積體形成的滑坡卻少于10個.對比誘發火山碎屑滑坡地震的前10天、30天和60天的降雨量（表2所示）可以發現，2011年日本東北地震具有在這3個周期降雨量最少的特征.前期降雨對地震誘發滑坡的影響在新西蘭也有過報道［24］.

如上所述，當基于歷史數據繪制滑坡災害圖時，前期降雨對滑坡發生的影響必須予以考慮，因為震前的雨量大小會影響地震滑坡的形式和數量.震前降雨的評價周期必須依賴于地質條件進行原因分析，例如風化的火山碎屑物質比砂類物質持水時間更長，因此，在關于滑坡地質災害繪圖中，當評價前期降雨和地震的影響時，長期的時間效應需考慮進去，而對于地震運動活躍地區若出現短時間范圍內的集中降雨，應適當加強降雨與邊坡變形的監測.同時，由于地震預測相當困難，這也為及時預測潛在深層滑坡區先行降雨帶來了一定的難度.

2.2 降雨誘發深層大型滑坡

2011年臺風塔拉斯襲擊了日本西部紀伊山并引起了約70個大型深層滑坡［15］，通過使用滑坡前后高分辨率LiDAR數據，分析了降雨誘發的大型深層滑坡的位置特征.這是滑坡事件發生前第一份具體的地形特征研究，發現重力邊坡變形早在許多深層大型滑坡前已經出現.

基于日本2005年彩蝶和2011年塔拉斯臺風引起的深層大型滑坡調查［15，18］，本文總結了重力邊坡變形與內部地質結構的地形特征，其示意圖如圖3（修改于文獻［25］）所示.

圖3 地形地貌和地質結構說明重力斜坡變形對暴雨影響非常敏感Fig.3 Topographic features and geologic structures showing gravitational slope deformations that are very susceptible to heavy rainstorms

從圖3（a）中可以看出，緩傾順層邊坡圓點狀和不規則狀的邊坡表面表示為重力邊坡變形，變形區域的一部分在脫離周圍變形后快速下滑，小型的后緣陡坡和坡腳破壞可以預示為大型破壞前的不穩定體.在重力變形邊坡坡腳出現的較大破壞也是潛在的大型不穩定體.

從圖3（b）中可以看出：在平行邊坡，陡傾順向坡或緩傾順向坡中發生的重力邊坡變形具有較大的后緣陡坡或山脊頂部凹陷；在陡傾順向坡或平行斜坡，基底具有典型向坡下彎曲的形態；當縱彎褶皺不斷發育并在坡腳處產生破壞時，整個邊坡將變得不穩定；對于緩傾順層邊坡，后緣陡坡或脊頂凹地的較大位移顯示出一個成熟滑動區域的形成，該區域可能持續緩慢的穩定滑動，而非大型破壞，當坡腳失效時可能引起整個邊坡的破壞.

從圖3（c）中可以看出，面向上坡方向的陡坡和山脊頂部的洼地可能是由彎曲傾倒作用形成，其中強烈變形區發生在軸向位置，該類型滑動不會在變形早期階段發生.隨著變形進一步發展，軸向變形部分可轉變為滑動帶從而使得整個邊坡下滑，此時邊坡表面可形成連續性小型陡坡，在變形邊坡坡腳處的小型破壞將使得邊坡發生失穩.

3 結束語

本文通過大型深層滑坡引起的災害概況綜述以及該類滑坡地質地貌特征評價，可為災害圖繪制提供基礎資料.淺層滑坡發生的潛在位置通常很難識別，是因為地下構造和巖土體性質變化較大.比較起來，深層滑坡基于一些具體的地質地貌特征，在很多案例中是可以預測的.近期對深層滑坡的研究表明，除了火山碎屑堆積體和一些碳酸鹽巖地區由地震作用誘發的滑坡，這類滑坡通常在前期有重力邊坡變形.然而，在火山碎屑堆積體中由地震誘發的滑坡通過火山層序以及風化情況調查，在確認滑動物質或相對應的滑動面后可以進行預測.其他在前期具有重力邊坡變形的災難性滑坡，通過地形特征分析也可以進行預測.

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大型深層滑坡災害及其預測

千木良雅弘

Disasters Caused by Deep-Seated Catastrophic Landslides and Prediction of Their Potential Sites

CHIGIRA Masahiro
（Disaster Prevention Research Institute，Kyoto University，Kyoto 611-0011，Japan）

In order to understand the mechanism of deep-seated catastrophic landslides and make prediction of their potential sites，some typical deep-seated catastrophic landslides occurred in Asia were analyzed comparatively.From the aspects of two landslide-inducing factors，earthquake and rainfall，the characteristics of landslides prepared by chemical weathering processes and gravitational deformation were analyzed.Rainfall plays a significant role in the occurrence of deep-seated catastrophic landslides.The results show that for the earthquake-induced catastrophic landslides，the potential site can be predicted by considering the chemical weathering of different kinds of rocks，mechanical preparation and antecedent rainfall；for the rain-induced catastrophic landslides，the topographic features of gravity slope deformation and the geological structures can be used for prediction.

rainfall；earthquake；gravitational deformation；deep-seated catastrophic landslide

0258-2724（2016）05-0981-07

10.3969/j.issn.0258-2724.2016.05.022

P512.1；P642.22

A

2016-06-17

千木良雅弘（1955—），男，教授，研究方向為巖石風化及其工程特性評價、地質災害及防治工程，E-mail：chigira@slope.dpri. kyoto-u.ac.jp

千木良雅弘.大型深層滑坡災害及其預測［J］.西南交通大學學報，2016，51（5）：981-986，994

（中文編輯：唐 晴 英文編輯：周 堯）