中國西藏高海拔河谷崩塌災害及其生態效應研究

趙永輝，王 黎，任才讓旦主，王 赟，楊金華，洛桑次仁

1. 西藏自治區水利電力規劃勘測設計研究院，西藏 拉薩 850000；2. 中國水電基礎局有限公司西藏分公司，天津301700

0 引言

隨著中國西藏的快速發展，西藏作為中國生態安全屏障，對高原生態環境保護提出了更高的要求，在工程建設過程中格外重視生態環境保護。

崩塌作為中國西藏常見的斜坡地質災害，專家學者關于斜坡崩塌災害的相關研究從未間斷過。梁靖等依據影像分析、數值模擬等技術手段，將蘆葦海崩塌分為坡表局部崩塌、頂部危巖帶變形、撞擊坡表和碎屑流四個階段[1]；鄭光等在現場調查的基礎上基于無人機航拍等技術，提出了崩塌—碎屑流的破壞模式[2]；徐偉等把崩塌破壞過程分為初始震裂變形、累積變形、啟動破壞、穩定與堆積四個階段[3]；肖銳鏵等將崩塌破壞過程歸納為沉陷帶變形崩塌、坡面局部崩塌、整體潰屈崩塌、撞擊地面和碎屑流五個階段[4]；王健等采用UDEC，將懸臂梁崩塌演化過程歸納為懸臂形成、裂隙產生、裂隙貫通、懸臂折斷和堆積坡腳五個階段[5]；曾芮等基于ABAQUS提出了上硬下軟地層是斜坡是產生崩塌的內因[6]；張小輝等通過分析地質背景和誘發因素，針對燕子河流域崩塌提出了碎裂—墜落式、彎折—傾倒—滑移式、碎裂—滑移式三種破壞模式[7]；劉傳正等基于有限差分法分析了紅石巖崩塌成因機理和誘發因素[8]；畢銀強等依據地質條件，采用國際地質災害風險管理方法對公路崩塌進行了定量風險評估[9]；等通過持平投影等手段分析，認為崩塌—碎屑流可演化為滑坡地質災害[10]；林鋒等采用MIDAS/GTS分析了巖溶區崩塌的成因機理，認為強烈巖溶結構控制了崩塌的形成[11]。

不難看出，專家學者依據地質條件，多采用數值模擬和公式計算法，主要針對崩塌成因機理、破壞模式等方面開展了大量研究，在理論研究和工程實踐中取得了不菲的成績，進而推動了崩塌地質災害研究工作的發展。同時也發現，針對中國西藏高海拔河谷區巖質斜坡處崩塌災害及其地表生態效應的研究相對較少，而其又是青藏高原防災減災工作的重點。鑒于此，文章以中國西藏雅魯藏布江流域河谷斜坡崩塌為研究對象，基于區域地質背景、基本地質條件和歷史遙感影像，旨在研究崩塌發育特征、成因演化及其引起的地表生態效應，以期為高原河谷區斜坡崩塌防治提供指導。

1 崩塌區地質環境

1.1 區域地質概況

研究區地處西藏高海拔河谷右岸，靠近雅魯藏布江結合帶，凍融、卸荷、風化等物理地質現象較明顯，區域構造穩定性較差，崩塌、滑坡等斜坡地質災害較發育[12-13]，見圖1。

圖1 研究區DEM（據SRTM）Fig. 1 DEM of study area

1.2 基本地質條件

研究區崩塌位于河谷右岸公路內側人工邊坡處，與上游沖溝交接，主崩方向約為NE80°～90°。崩塌區地層巖性主要為黑云母二長花崗巖（nγβK2）、殘坡積體（Qel）和崩塌堆積體（Qcol）。其中花崗巖構成河谷斜坡主要地層，塊狀結構，呈強—弱風化，巖體內裂隙較發育，完整性較差；殘坡積體廣泛分布于研究區斜坡淺表層，厚度不等，其上植被長勢較好；崩塌堆積體堆積于人工邊坡坡腳排水溝處，主要為塊碎石土。崩塌區未見地下水出露，主要物理地質現象為凍融、風化等，見圖2。

圖2 崩塌全貌圖Fig. 2 Panorama of collapse

2 崩塌發育特征及成因分析

2.1 天然斜坡歷史遙感影像解譯

依據2007年10月、2010年11月和2014年12月歷史遙感影像，2007年10月—2014年12月研究區崩塌源所在河谷天然斜坡坡面植被覆蓋率較高，以灌木為主，未發現裂縫等變形跡象，說明天然斜坡處崩塌源穩定性較好，天然工況下產生巖崩的可能性較小，見圖3。

圖3 崩塌源歷史遙感影像（據Googel Earth）Fig. 3 Historical remote sensing image of collapse source

2.2 崩塌發育特征

崩塌位于沖溝與天然斜坡交接部位，其具有明顯的發育特征，具體如下：

2.2.1 楔形變形體

巖質斜坡崩塌源區發育三組優勢結構面，即J1、J2和J3。其中J1結構面平直光滑，延伸長度大于5 m，產狀約為N50°～70°W/60°NE，基本無填充，呈閉合狀態；J2結構面較光滑，多呈折線狀，延伸長度10 cm～50 cm，產狀約為N70°～90°W/70°SE，無填充，呈閉合狀態；J3結構面較平直，據露頭推測延伸長度約為2 m～6 cm，產狀約為N0°～20°W/30°NW，呈閉合—微張開，局部泥質填充，結構面間可見擠壓破碎帶。經J1、J2和J3三組優勢結構面切割，崩塌源巖質斜坡區楔形巖塊較發育，穩定性較差區則表現為楔形變形體，見圖4（a）。

2.2.2 拉張變形區

巖質斜坡崩塌后緣典型斷面處發育拉張破壞區，主要以拉張裂縫形式分布于斜坡淺表層，裂縫呈波狀彎曲，總體近直立，張開狀，寬約1 cm～5 cm不等，由斜坡表層向深部延伸，直至尖滅。拉張裂縫局部延伸發育與主裂縫呈相交關系的次級變形裂縫，拉張變形區主要由主拉張裂縫和次級拉張裂縫組成。崩塌后緣拉張裂縫傾向與崩塌主崩方向基本一致，拉張變形區巖體整體向河谷方向傾倒，見圖4（b）。

2.2.3 擠壓破碎帶

巖質斜坡內發育三組優勢結構面，其中J3結構面為反傾結構面。在斜坡巖體自重作用下，J3結構面間厚度相對較薄、強度相對較低的巖層被擠壓至碎裂狀，形成擠壓破碎帶，帶內物質組成主要為碎礫石土，碎石和礫石棱角分明。由于擠壓破碎帶發育主要受控于J3反傾結構面，因此，其產狀與J3結構面類似，擠壓破碎帶整體較平直，傾向NW，見圖4（c）。

圖4 崩塌發育特征圖Fig. 4 Characteristics of collapse development

2.3 崩塌成因分析

2.3.1 地形地貌

崩塌源所在河谷斜坡發育沖溝，崩塌源位于斜坡與沖溝交接“凸”出部位，使其同時向沖溝、河谷方向臨空。以往的斜坡臨空環境較單一，基本一面臨空，隨之而來的斜坡變形破壞方向也基本朝向臨空一側。相比之下，研究區崩塌源獲得了更為“寬廣”的臨空條件，其不僅可以朝河谷方向，也可以向沖溝一側產生變形破壞。因此，良好的臨空環境為研究區斜坡發育崩塌災害提供了有利的地形條件。

2.3.2 地質構造

研究區區域穩定性較差，受構造作用、風化卸荷等影響，研究區巖質斜坡內結構面較發育。據發育特征分析，崩塌源斜坡內發育三組優勢結構面，在其影響下，斜坡內發育楔形變形體和擠壓破碎帶，進而影響斜坡巖體整體性，不利于斜坡自身穩定。

2.3.3 工程開挖

盡管崩塌源臨空環境較好、巖體整體性較差，由于天然斜坡經歷了漫長的河谷演化，斜坡楔形變形體仍整體處于基本穩定狀態。鑒于河谷斜坡公路工程建設需要，經人工開挖，于崩塌源處形成人工邊坡，且公路人工邊坡坡度大于自然斜坡坡度，致使崩塌源處楔形變形體在重力作用下瞬間失穩，形成巖崩。

“短期”分析，研究區斜坡地形地貌和地質構造為發育崩塌提供了基本地質條件，工程開挖則是誘發因素。“長期”而言，研究區崩塌從孕育至產生經歷了漫長的地質歷史，是河谷演化的產物。

一般認為，河谷下切過程中總是伴隨著岸坡的變形破壞，研究區崩塌演化過程大致可分三個階段，即寬谷階段、河谷下切—結構面形成階段、邊坡開挖—崩塌產生階段。其中寬谷階段為崩塌源所在河谷較寬闊，兩岸斜坡坡度相對較緩，風化、卸荷現象不明顯，巖體完整性好；隨著河谷不斷下切，岸坡變陡，且其內部發育結構面和擠壓破碎帶，進而形成楔形變形體，此為河谷下切—結構面形成階段；邊坡開挖—崩塌產生階段即為公路邊坡開挖，崩塌源楔形變形體整體失穩，產生崩塌災害，崩塌后緣獲得有利的臨空環境持續形成拉張變形區。總體而言，研究區河谷斜坡崩塌以漸進性破壞為主。

3 崩塌地表生態效應

高海拔河谷區崩塌災害一定程度上可破壞原有的地表生態系統，易導致一系列地表生態效應，研究區崩塌災害亦是如此。首先，研究區崩塌改變了斜坡原有的地形地貌，與此同時，崩塌后緣拉張變形區又孕育著次級崩塌，致使地形地貌進一步被改變，產生新的微生境[14]；其次，研究區崩塌源處植被長勢較好，隨著崩塌災害的產生，大部分斜坡坡表植被根系被迫脫離肥力充足的殘坡積土而死亡，造成河谷斜坡草地和灌木面積銳減；最后，研究區崩塌災害產生后，造成天然斜坡大面積基巖裸露，降雨期間，雨水極易沖帥崩塌斷面并帶走崩塌堆積體內細顆粒物質，進而造成水土流失[14]，見圖5。因此，研究區崩塌災害的產生破壞了河谷斜坡局部生態系統。鑒于此，研究區崩塌災害治理措施不僅需要從工程防護出發，而且應該考慮適當的生態修復措。

圖5 崩塌區現狀圖Fig. 5 Current situation map of collapse

據研究區崩塌發育特征，其后緣拉張變形區存在次級崩塌的可能，如果對拉張變形區巖土體做清除處理，將會進一步破壞河谷斜坡生態系統。同時，鑒于研究區局部小氣候特征明顯，植被長勢較好，建議采用生態護坡治理措施。具體為：拉張變形區做錨桿加固處理，整個崩塌巖質斷面采用生態混凝土處理措施，兩種處理措施雙管齊下，不僅保證了邊坡穩定性，而且一定程度上可修復已破壞的生態系統。

4 結論及建議

（1）崩塌源位于斜坡與沖溝交接“凸”出部位，特殊的地形地貌為產生崩塌地質災害提供了有利的地形條件；受構造作用、風化卸荷等影響，崩塌源斜坡內發育優勢結構面和擠壓破碎帶，進而形成了楔形變形體，其不利于斜坡自身穩定。盡管如此，天然斜坡處崩塌源穩定性較好，產生巖崩的可能性較小，人工邊坡開挖是產生崩塌的誘發因素。從孕育至產生，研究區崩塌演化過程大致可分三個階段，即寬谷階段、河谷下切—結構面形成階段、邊坡開挖—崩塌產生階段，整個變形破壞表現出明顯的漸進性。

（2）高海拔河谷區崩塌災害一定程度上可破壞原有的地表生態系統，導致了一系列地表生態效應，具體為：①崩塌改變了河谷斜坡原有的地形地貌，與此同時，產生新的微生境；②崩塌使得斜坡坡表植被根系被迫脫離肥力充足的殘坡積土而死亡，造成河谷斜坡草地和灌木面積銳減；③崩塌災害的產生，造成斜坡大面積基巖裸露和松散崩積體，易造成水土流失，建議采用生態護坡治理措施。