四川省甘洛縣山體滑坡應急調查與成因機制分析

鄭 瑯，張 欣，王 立 娟

(1.四川省地震與地質災害應急技術保障中心，四川 成都 610041； 2.四川省安全科學技術研究院，四川 成都 610041； 3.四川安信科創科技有限公司，四川 成都 610041； 4.中國地質調查局探礦工藝研究所，四川 成都 611734)

0 引 言

2019年7月28日09：00至29日15：00以及8月2日21：00至3日10：00，四川省甘洛縣在短時間內接連遭受兩次嚴重的暴雨災害，部分地區在20 d內累計降雨量達到甘洛縣多年平均降雨量的1/3。持續強降雨引發了大面積山洪、滑坡、泥石流災害，累計造成13人失蹤，以及包括成昆鐵路(甘洛段)在內的多處基礎設施嚴重損毀。為使成昆鐵路盡快恢復暢通，鐵路部門在災后迅速組織人員開展甘洛段沿線的清淤和搶修工作。然而在8月14日12：44，甘洛縣蘇雄鄉埃岱村成昆鐵路2號隧道口，突發山體滑坡，造成當時正在坡腳處進行清淤搶險作業的17名工人遇難。未及時對線路及周邊進行地質災害應急調查及處置，盲目地進行線路搶通是造成此次事故的主要原因。因此，開展地質災害相關應急調查及應急處置工作十分必要，尤其對于成昆鐵路甘洛段群發性地質災害區域，及時進行地質災害應急調查能有效減緩地質災害發生速率、減少群眾生命財產損失，為后期綜合治理爭取時間[1-2]。

“8·14”甘洛縣埃岱村滑坡災害發生后，四川省地震與地質災害應急技術保障中心立即組織技術團隊，派出無人機測繪組和現場地質調查組趕赴現場，利用集成化較高的小型多旋翼無人機低空航測結合地面調查對突發滑坡地質災害進行了快速、高效的應急調查。在傳統的滑坡現場調查的基礎上，結合無人機低空航測得到的高分辨率DOM、DSM、數字模型對滑坡體特征、穩定性及成因機制進行了深入分析，提出了成昆鐵路甘洛段沿線可能失穩的斜坡結構特征和災害形成模式，為研究區地質災害隱患排查和防治提供了科學依據。

1 滑坡區域概況

成昆鐵路甘洛段，位于四川盆地南緣向云貴高原過渡的地帶，沿線多為高山峽谷，地勢陡峭。由于地處川滇菱形塊體東緣，在川滇菱形塊體的側向擠壓作用下[3-4]，該區構造發育，地質環境條件惡劣，各類地質災害多發、頻發，對當地鐵路交通等基礎設施和人民群眾生命財產造成了極大的影響。

“8·14”甘洛縣埃岱村滑坡位于成昆復線埃岱2號隧道口，尼日河左岸的斜坡處，在區域上屬四川盆地南緣向云貴高原過渡的地帶。由于地處華南地塊西緣，在川滇菱形塊體的側向擠壓作用下，該區斷裂構造發育，其構造格架主要以北西-北北西向斷裂為主，其次為北北東向斷裂。區內地層從上元古界震旦系至中生界侏羅系均有分布，缺失石炭系與白堊系地層，滑坡所處區域地層較為單一，為上震旦統燈影組(Zbdn)灰白色厚層塊狀微晶白云巖夾灰白色薄層-中層泥質白云巖(見圖1)。

圖1 研究區地質簡圖Fig.1 Geological map of the study area

2 現場應急調查

復雜的區域地質環境和活躍的內外動力地質條件，使得中國西南地區地質災害數量多、分布廣、危害極其嚴重[5-6]。西南地區地勢險峻，地形切割強烈，一些地處高位的滑坡災害在早期變形的過程中難以被發現，具有極強的隱蔽性，當到達臨界狀態的斜坡巖土體，在極端自然條件(強降雨、地震等)或人類工程擾動的作用下，坡體突然失穩，極易形成高速(遠程)滑坡，并造成災害性的后果[7-10]。科學有效的應急處置措施是突發災害情況下救援處置和防災減災的有力保障，而其中作為應急處置決策基本依據的應急調查更是顯得尤為重要[11]。突發性滑坡地質災害應急調查時間緊、任務重，講求快速反應、合理有效以及強時效性[12-13]，因此沿用常規技術的災害地質調查無法滿足應急處置決策的需要。與常規調查相比，應急調查所面對的情況復雜多變，工作環境危險性大，宜采取進場便利、非接觸式、準確高效且作業周期短的技術和手段，如衛星遙感、無人機、三維激光掃描等，形成系統化的應急調查方案支撐應急處置。

根據 “8·14”甘洛縣埃岱村滑坡所處區域的地形特點和災害體規模，充分利用小型多旋翼無人機體積小、重量輕、起降場所要求低、航測系統穩定、控制簡單以及數據精度較高等特點[14]，采用地面調查與無人機低空航測相結合的手段，實現突發滑坡災害快速、高效的應急調查。

2.1 無人機航測平臺

本次應急調查的航測任務采用飛馬D200S無人機搭載D-CAM航測模塊，該系統由無人機飛行平臺系統和地面監控系統兩個主體部分構成，其中飛行平臺系統是實施飛行任務的主體，由機體、航測模塊、飛行控制系統和智能電池裝置構成；地面監控系統則是向地面工作人員提供飛行監控的組合裝置與實時查分所用的GNSS地面基準站，飛行監控裝置主要由電腦、無線電以及監控軟件等組成。

無人機航測數據的采集流程包含有任務接受、空域申請、航線設計、實地考察、野外控制測量、無人機組裝測試、飛行實施、數據檢查、室內處理等一系列的工作內容。具體流程見圖2。

圖2 無人機航測數據采集流程Fig.2 UAV aerial survey data acquisition process

2.2 突發滑坡地質災害應急調查流程

到達現場后，地質調查組在前期基礎資料收集的基礎上，對滑坡地形地貌、地層巖性、巖體結構、類型、特征等方面進行現場實地調查。無人機測繪組根據現場實際情況第一時間對滑坡體進行了多架次航飛工作，快速獲取了滑坡體及周邊區域的高精度正射影像，并在掌握滑坡總體特征的同時，圈定了滑源區中殘留的滑坡體和側緣的不穩定巖體，為災害發生初期的人工目視監測預警指明重點區域，保障下方救援人員的人身安全，預防二次次生災害的發生。相應具體調查流程見圖3。

圖3 突發滑坡地質災害應急調查技術流程Fig.3 Technical process of emergency survey of sudden landslide

3 滑坡特征及穩定性分析

3.1 滑坡特征

坡體上部滑源區和下部堆積區較寬，中部較窄，總體呈“啞鈴狀”(見圖4～5)。滑坡后緣頂點高程約1 157 m，前緣高程在955 m左右，相對高差達202 m。滑坡由于相對高差較大，整個滑體從斜坡的中上部剪出(剪出口位置大致在滑源區下側滑坡急劇收口處，高程大致為1 040 m左右)，在其解體的過程中，大部分滑體一垮到底，一部分沖入尼日河河道，一小部分則直達對岸。

圖4 “8·14”甘洛縣埃岱村滑坡正射影像Fig.4 Orthophoto image of the landslide in Aidai Village， Ganluo County on August 14

圖5 “8·14”甘洛縣埃岱村滑坡工程地質平面圖Fig.5 The engineering geological profile of the landslide in Aidai Village，Ganluo County on August 14

結合詳細的現場地質調查以及高精度無人機航片解譯，將滑坡分為5個區，分別為滑源區(Ⅰ)、刮鏟區(Ⅱ)、堆積區1(Ⅲ-1)、堆積區2(Ⅲ-2)、欠穩定巖體(Ⅳ)、滑坡殘余區(Ⅴ)(見圖5)。

滑源區主要分布于高程1 028～1 157 m，滑坡源區構造巖性較為簡單(見圖6)，整個滑源區地層為震旦統燈影組(Zbdn)。巖性為灰白色白云巖夾黃灰色中層狀泥質白云巖，巖層產狀為134°∠48°，巖石較為破碎，發育3組節理，節理產狀分別為229°∠41°，326°∠67°，51°∠74°。其中134°∠48°和51°∠74°兩組結構面為控制滑體形成的邊界面，且滑坡體大致沿層理面向下滑動。滑源區面積為0.08萬m2，其失穩巖體平均厚度2.5～5.0 m。

圖6 “8·14”甘洛縣埃岱村滑坡剖面圖Fig.6 The geologic section of the landslide in Aidai Village，Ganluo County on August 14

滑坡堆積體分布在尼日河兩側，主要分布于尼日河左岸，尼日河右岸堆積體方量較少。鐵路成昆線橫貫滑坡中前部緩坡平臺，其修建開挖時未對邊坡造成破壞，于1970年已完成通車，鐵路距離滑坡上部破壞區域距離約110 m，根據現場應急調查及走訪結果，鐵路線路建設對滑坡影響較小。堆積區后緣高程1 044 m，前緣高程945 m，相對高差99 m，滑坡堆積體主要由斜坡表層的第四系殘坡積土以及下部的中-強風化白云巖，泥質白云巖組成。堆積體主要以碎塊石、塊石和巨石為主，夾少量殘坡積土。堆積面積達1.05萬m2，平均厚度約為4 m，堆積方量約為4.19萬m3。殘留的滑體位于滑源區的右上角(見圖5)，殘留滑體面積約為0.14萬m2，平均厚度約為2 m，體積約為0.28萬m3，在平面上可以看出殘留的滑體脫離了滑坡后緣，且具有明顯的側向滑動現象，其滑動距離在5～8 m左右，由于前端滑坡體脫落，殘留的滑體失去牽引力而暫時沿滑面靜止，該塊體如今穩定性較差，特別是前端的巖體破碎松散，在應急救援處置的過程中多次發生碎塊石滑落的現象。

欠穩定巖體主要位于滑源區殘留滑體的下側，欠穩定巖體面積約為0.09萬m2，平均厚度約為2 m，方量約為0.18萬m3。該處危巖體風化強烈，巖體破碎，變形現象明顯，從危巖體上方的鐵塔可以看出該處巖體暫時并未出現明顯的位移，鐵塔未發生傾斜，但由于該處危巖體下方和側向臨空，受重力或其他自然因素的影響，仍存在較大的失穩下滑可能性。

3.2 滑坡穩定性分析

根據現場應急調查結果，甘洛“8·14”滑坡滑體為強風化塊狀微晶白云巖，滑帶為強風化薄層狀泥質白云巖，經過長時間降雨浸泡后呈土狀，滑床為微-中風化塊狀微晶白云巖，滑帶土巖土力學指標根據經驗值及工程類比法取值(見表1)。

表1 滑帶土巖土體力學指標建議值Tab.1 Mechanical properties of sliding zone soil

本文采用基于極限平衡理論的條分法和傳遞系數法計算滑坡的穩定系數，結合無人機測繪成果建立甘洛“8·14”山體滑坡剖面進行計算(見圖6)，穩定性計算結果見表2。

表2 滑坡穩定性計算結果Tab.2 Calculation results of landslide stability

根據穩定性計算結果，甘洛“8·14”滑坡在天然工況下是穩定的，在暴雨工況下滑坡體呈欠穩定狀態。結合本次穩定性計算結果可知暴雨是誘發本次滑坡的直接因素，因此成昆鐵路甘洛段其他地質條件相似的滑坡，在暴雨誘發下也極易發災，本次穩定性計算可為后續地質災害隱患排查提供參考。

4 滑坡成因機制分析

4.1 滑坡形成條件分析

根據“8·14”甘洛縣埃岱村滑坡特征及其變形破壞情況的分析可以得出，滑坡的形成具有以下幾個典型的特點。

(1) 具有發育滑坡的地層巖性條件。“8·14”甘洛縣埃岱村滑坡發生在震旦系上統燈影組(Zbdn)，以白云巖夾薄層泥質白云巖為主，泥質白云巖含大量黏土礦物成分，其具有親水和遇水膨脹、泥化和軟化的特征，在地下水或降雨的作用下，將其軟化甚至泥化，降低摩阻力，進而形成滑帶或滑面。

(2) 劇烈的構造活動對源區巖體的破壞。受區域南東向擠壓構造應力的影響，構造變形強烈，滑坡所處區域被近南北向、北西向以及北北東向三組斷層所圍限(見圖4)，且滑源區靠近北西向斷層，這使得滑源區斜坡巖體在斷層擠壓運動的作用下，裂隙發育，巖體破碎，整體較差，在內外動力的作用下容易發生失穩破壞。

(3) 具有發育滑坡的軟弱結構面。滑坡所處區域的白云巖結構面發育，共發育3組節理，節理產狀分別為229°∠41°，326°∠67°，51°∠74°，密集發育的結構面將巖體切割成塊，使其穩定性急劇下降，支持作用降低，下滑力增大。

(4) 具有產生滑坡的有利地形。受強降雨的影響，滑坡右側的沖溝暴發了一定規模的泥石流，泥石流的側向沖刷不僅擾動了左側滑源區巖體，而且還在靠近沖溝一側形成了側向臨空面，為斜坡巖體的失穩創造了有利的地形條件(見圖5～6)。

(5) 持續的強降雨是滑坡的觸發條件。甘洛縣多年的年平均降雨量為950 mm左右[15]，而2019年7月底至8月中旬，短短二十余天的累計降雨量達到了全年累計降雨量的近1/3，持續的強降雨沿斜坡巖體中的結構面裂隙進入斜坡，進一步軟化斜坡巖體的軟弱層，促使滑面的形成，導致斜坡巖體失穩下滑。

(6) 破壞力大，屬典型的高位滑坡。該滑坡的最高點與剪出口高差達到202 m，斜坡陡峭，滑坡最高點至剪出口距離達301 m，且滑體主要來源于高程為1 028～1 157 m的區域，巨大的陡坡重力加速使得斜坡失穩后滑體在短時間內能夠獲得極大的運動速度，并在向下滑動的過程中刮鏟碰撞快速解體形成“碎屑流”，這也是滑坡方量不大卻造成重大損失的主要原因之一。

4.2 滑坡變形破壞模式分析

在滑坡詳細的實地調查基礎上，通過對滑坡的形成條件和特點進行分析認為，該滑坡的變形破壞過程如圖7所示。

圖7 “8·14”甘洛縣埃岱村滑坡形成階段示意Fig.7 The schematic diagram of the landslide formation stage in Aidai Village，Ganluo County on August 14

(1) 巖體破裂松動。滑坡所處區域為川滇菱形塊體的東緣，構造復雜，地應力較高，在河谷下切的過程中，河谷兩側岸坡隨著側向應力的解除，坡體應力將會產生相應的調整，其巖體向臨空方向發生彈性回彈變形，進而出現巖體卸荷松弛等一系列淺表生時效變形，使巖體質量下降[16]，加之物理化學風化作用、鐵路施工擾動以及短期強降雨等因素的影響，滑源區斜坡的淺層巖體破碎松動，穩定性較差，為斜坡的進一步變形破壞奠定了基礎。

(2) 側緣沖溝的沖蝕(下切侵蝕和側蝕)，側向臨空面的形成。在早期斜坡演化過程中，坡面形成了一系列的季節性沖溝，正常狀況下侵蝕能力有限，但突發強降雨導致該沖溝暴發泥石流，迅速沖蝕(下切侵蝕和側蝕)溝道，原溝床物質被沖光，并下切至基巖。泥石流的強烈侵蝕不僅擾動了斜坡的淺表層，而且在其溝道兩側形成側向臨空面。

(3) 斜坡變形，坡面裂縫出現。由于滑坡左側沖溝泥石流的沖蝕，削弱了坡體側緣的支撐力，抗滑力減小，加之強降雨作用的影響，導致斜坡產生變形，滑源區坡面出現拉張裂縫，以及近似平行于沖溝的羽狀裂縫，此時坡體淺層出現剪切滑移面，但并未完全貫通，存在一定的鎖固段。

(4) 在重力作用下整體失穩破壞。滑源區巖土體在持續強降雨作用下趨于飽和，重度增加，下滑力也隨之增大，最后在重力的作用下，剪切滑移面完全貫通，滑源區斜坡失穩破壞，解體后迅速沿沖溝下滑，形成滑坡。值得一提的是，在滑源區殘留的部分滑體表明，滑坡的滑動是下部帶動上部，由下到上的過程，這與牽引式滑坡的特征相符[17-18]。

5 結 論

(1) “8·14”甘洛縣蘇雄鄉埃岱村滑坡呈現出高位高速碎屑流的特征，整體可分為滑源區、刮鏟區、堆積區、欠穩定巖體和滑坡殘余區(殘余滑體)5個部分，滑坡后緣高程1 157 m，前緣高程955 m，相對高差達202 m，體積約4.65萬m3。

(2) 滑坡位于川滇菱形塊體東緣的高山峽谷區，地質環境條件復雜，構造運動強烈，河谷下切卸荷所產生的淺表生時效變形、物理化學風化以及工程擾動等因素的長期作用使得斜坡巖體破裂，坡體結構松散，受罕見短時強降雨入滲引起的斜坡軟弱層軟化、自重增加以及側緣泥石流沖蝕等作用的共同影響，突發滑動而形成災害。

(3) 除強降雨以外，側緣沖溝泥石流的沖蝕作用是誘發滑坡的主要原因之一。成昆鐵路甘洛段沿線垂直于鐵路線的坡面沖溝非常發育，在正常情況下，沖溝對坡面巖土體的影響有限，但在極端降雨情況下，沖溝泥石流的沖蝕和對坡面巖土體的擾動極易引發淺層巖土體的失穩破壞。這類滑坡具有較強的隱蔽性和突發性，而鐵路沿線又是人類活動相對頻繁的區域，這也是“8·14”甘洛縣埃岱村滑坡雖然規模不大，但卻造成重大損失的原因。因而，成昆鐵路甘洛段這類斜坡將是今后汛期隱患排查和防治的重點對象。

(4) 無人機較強的便攜性、復雜地形條件的適應性以及影像數據采集的快速穩定性，將其與常規地面應急調查相結合，將會極大地提高突發地質災害應急調查的效率，使其能更快更好地為應急處置決策和地質災害隱患排查提供輔助。