汉源万工大型崩滑-碎屑流堆积特征研究及对综合治理方案的影响

王志超，马金根，陈 满

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

汉源万工大型崩滑-碎屑流堆积特征研究及对综合治理方案的影响

王志超，马金根，陈 满

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

本文以汉源万工大型崩滑-碎屑流灾害为例，结合致灾的基本地质条件对其成因进行了分析，对其堆积过程中表现出来的分区、分层堆积和多期次堆积特征进行了较深入的研究，认为沟域内独特的地质条件是类似灾害多发的原因，碎屑流灾害运动过程中块体（颗粒）间的碰撞作用、动力破碎作用和机械筛分作用对其堆积特征的形成有直接的影响。后期治理中，万工崩滑-碎屑流灾害独特的灾害特征对综合治理方案的选取产生了较大的影响，对同类灾害的成灾和治理方案研究具有较为重要的参考价值。

崩滑-碎屑流；分区、分层堆积；多期次堆积；动力破碎作用；机械筛分作用；治理方案选择

0 前 言

近年来，大型滑坡-碎屑流灾害在我国西南山区多次出现，如2008年汶川地震诱发大光包巨型滑坡-碎屑流灾害、2010年贵州大寨大型滑坡-碎屑流灾害、2013年西藏“3·29”特大型滑坡-碎屑流等。这些灾害多是由滑坡转化成的碎屑流直接成灾，具有高速远程、规模巨大、治理和预防困难的特点，多造成了巨大的灾难性后果。

碎屑流的研究在20世纪60年代以后随着高速滑坡的研究开始作为一种新的灾害形式进入学者的视野，工程实践中，一直有观念认为“碎屑流就是泥石流，两者没有什么区别”，也有碎屑流就是一种滑坡的观点。笔着认为：碎屑流是一种不同于泥石流的独立的灾害形式。碎屑流是一种以固体物质为主的散体流，根据产生碎屑流的动力作用，常见的碎裂流有崩滑解体型、（寒冻）风化型、雪崩型等。碎屑流不同于滑坡和泥石流，但又和二者有着密切的关系。滑坡一般是坡体沿滑移面的整体性滑动，而泥石流一般是混杂了大量泥渣、石块等固体物质的特殊洪流，水是泥石流灾害的载体。滑坡、崩塌地质灾害在解体后具备陡坡等地形条件时易转化成碎屑流，滑坡、碎屑流堆积体则反过来又为泥石流的发生提供了大量的松散物源。三者在物质组成、动力作用（启动）、运动过程和形态特征、治理思路方面都有各自的侧重点，在此不展开论述。

本文以汉源万工大型崩滑-碎屑流灾害为例，主要对灾害发生后表现出来的堆积特征进行了研究，并就堆积特征对后期工程综合治理方案选取的影响进行了分析和探讨。本文结合致灾的基本地质条件进行了分析，对其堆积过程中表现出来的分区、分层堆积和多期次堆积特征进行了较深入的研究，认为沟域内独特的地质条件是类似灾害多发的原因，碎屑流灾害运动过程中块体（颗粒）间的的碰撞作用、动力破碎作用和机械筛分作用对其堆积特征的形成有直接的影响，后期治理中，万工崩滑-碎屑流灾害独特的灾害特征对综合治理方案的选取产生了较大的影响，对同类灾害的成灾和治理方案研究具有较为重要的参考价值。

1 万工大型崩滑-碎屑流成因条件分析

1.1 地形地貌条件

“7·27”灾害所在的大沟流域属高中山地形，构造剥蚀地貌，最高点为后缘二蛮山，高程1 963.4 m，最低处为瀑布沟电站库区正常蓄水水面，高程850 m，沟道平均坡度接近30°。

高程900～980 m段地形为集镇所在的宽缓台地；原冲沟左侧高程1 100～1 210 m段为原大沟原住户所居的缓坡段。大沟整体上沿沟谷中心线近东西向展布，“7·27”前沟谷呈深切V型沟，沟源段切割较浅，高程850～920 m为沟口汇入段，沟床切割深度最大约45 m。“7·27”灾害发生前后地形地貌见图1、2。陡峻的地形为滑坡、泥石流等多种灾害体的启动和能量转化提供了能量条件，狭长的沟道地形为灾害体的运动和形态转换提供了空间条件。

图1 “7·27”灾害前地貌

图2 “7·27”灾害后地貌

1.2 物质条件

大沟流域外侧东北方向存在一条走向近南北的区域性大断裂——汉源-昭觉断裂。汉源-昭觉断裂北起泥巴山垭口，向南延伸，经汉源、桂贤、甘洛至昭觉竹核一带，长达120 km。有宽20～60 m的破碎带，带内糜棱岩、角砾岩、断层泥等构造碎裂岩发育。

工程区出露基岩地层主要为二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）和二叠系下统阳新灰岩组（P1y）。玄武岩组分布于大沟西北侧，柱状节理发育，表部岩体风化卸荷强烈呈短柱状或碎块状（见图3）。灰岩组分布于大沟的南东侧，表层灰岩卸荷裂隙较发育，裂隙多被粉质粘土充填，岩石表层风化强烈，凹凸不平，溶蚀沟槽发育强烈。本区勘探揭示沟内灰岩和玄武岩之间发育一青灰色～黄灰色的泥化带夹层，厚度一般大于20 cm，主要为含砾石粘土，砾石次棱角～次磨圆状（见图4）。独特的地层情况为大沟流域内多种地质灾害的发展提供了物质基础。

图3 玄武岩陡壁柱状节理发育

1.3 水文地质条件

大沟流域系大渡河左岸的一级支沟，大沟流域发育二条季节性冲沟，为大沟、润水沟，二沟近似平行排列（见图5）。大沟是大沟流域最大的一条冲沟，发育于万工集镇后源二蛮山西南坡，发育高程1 963.4～850 m，全长约2 600 m，集雨面积1.71 km2。“7·27”灾害前沟内发生多次持续的降雨过程，7月25日的8小时降雨超过了50年一遇的8小时设计暴雨。灾前强降雨形成多次小规模的泥石流，对沟侧边坡起到了掏脚作用，降雨的持续入渗进一步降低了坡体内物质的抗剪强度。

图4 灰岩和玄武岩间软弱夹层

2 万工大型崩滑-碎屑流堆积特征分析研究

根据对大沟流域内大量的地质调查研究和勘探试验工作，万工大型崩滑-碎屑流地质灾害呈现出以下几个较为明显的成灾和堆积特征：崩滑-碎屑流链式成灾、分区分层堆积和地质历史时期多个堆积期次。

2.1 崩滑-碎屑流链式成灾过程

图5 大沟流域水系示意

“7.27”地质灾害为大沟上游二蛮山高陡边坡在高强度、持续降雨的诱发下产生的突发滑坡，滑坡在运动过程中解体转化为碎屑流，同时，大沟流域内堆积的松散岩土体受降雨等因素的影响发生多次小规模的泥石流和垮塌，并最终造成灾害。整个灾害过程中，由于各类灾害之间相互激发、相互转化，形成了一系列在时间上有先后，在空间上彼此相依，在成因上相互联系，以“崩滑-碎屑流”为主要表现形式的灾害链。从空间上看，“7.27”地质灾害发生过程可以明显的划分为坡体崩滑解体和碎屑流流通堆积两个阶段（见图6）。

图6 “7·27”地质灾害崩滑-碎屑流链式成灾

大沟上部右岸玄武岩边坡为坡体崩滑源区，崩滑后形成高约100 m的玄武岩陡壁，边坡走向为N 77°E，倾向SE44°，陡壁以上地形坡度为45°～50°（见图7）。该段基岩地层柱状节理发育，表部岩体风化卸荷强烈，呈碎块状或柱状。该段发育的结构面以柱状节理为主，产状主要为以下三组：①N65°～75°E／SE∠70°；②N40°～50°W／∠NE∠60°；③N5°～10°W／∠NE∠70°。特殊的的地质条件和降雨等诱发因素对崩滑的发生提供了较有利的条件。大沟沟道高程1 360～1 400 m位置有明显的平台状地形，崩滑体启动后在沟道内高速运行，遇到沟道中部的缓台发生高速撞击崩滑体解体，在巨大的惯性力作用下继续沿沟道运动，崩滑灾害转变为碎屑流（散体流），碎屑流继续向下运动，遭遇致灾对象时则造成了灾害的发生。“7.27”地质灾害发生后，沟内堆积了大量的松散物源，后期又多次发生不同规模的泥石流、崩滑等地质灾害（见图8）。

2.2 分区和分层堆积特征

万工崩滑-碎屑流堆积表现出明显的分区堆积特征和分选性。从横向看，大沟流域崩滑-碎屑流堆积自沟谷中心线向外可以划分为碎屑流流通堆积区和碎屑流抛洒堆积区两部分（见图9）；从垂向看，局部堆积区颗粒组成表现出明显的上粗下细的粒径堆积层序（见图10），且堆积体前缘具有类似于泥石流的龙头堆积特征。

由于碎屑流在运动过程中兼具直进性和受地形约束的流体运动特征，“7.27”崩滑-碎屑流在平面上明显的分成堆积区A和堆积区B两个堆积区（见图6）。大沟沟道总体上近EW向展布，但在1 200 m高程处大沟沟道向右发生偏转，自N70°转为EW向。“7.27”崩滑体解体后沿沟道高速直线运动，在高程1 200 m左右地形变缓，碎屑流流通过程中直接将原冲沟左侧高程1 100～1 200 m原宽缓平台处的居民住房掩埋并形成了堆积区A；同时，大沟沟道在此向右发生偏转，由于堆积区A的阻挡作用和碎屑流的流体运动特征，部分碎屑流向右偏转，运动过程中将原沟床内的排导槽填埋，并越过导墙延伸至集镇，致使集镇107户移民房屋损毁，357户房屋受到不同程度的影响，形成了长约390 m，堆积宽度约100～130 m的堆积区B。

图7 “7·27”地质灾害崩滑源区

图8 “7·27”地质灾害后泥石流灾害

图9 “7·27”碎屑流堆积流通区和抛洒区分界

图10 “7·27”碎屑流堆积粒序特征

大沟流域崩滑-碎屑流堆积自沟谷中心线向外可以划分为碎屑流流通堆积区和碎屑流抛洒堆积区两部分。碎屑流主流通区速度快，破坏力强，对沟床底部和两侧形成巨大的铲刮作用，万工碎屑流堆积前缘由于碎屑流铲刮作用形成了狭长的沟槽地形，主流通区停积后形成厚度大于10 m的堆积体；碎屑流抛洒区为主流通区高速运动过程中撞击抛洒的碎砾石为主的堆积体，在沟道两侧斜坡上形成了明显的刮痕线并指向下游，与主流通堆积区比，抛洒区粒径较大的孤块石含量较少且堆积厚度较薄。

从垂向看，堆积区颗粒组成局部表现出明显的上粗下细的粒径堆积层序，且堆积体前缘具有类似于泥石流的龙头堆积特征。现场调查发现，碎屑流堆积物在局部区块表现出较明显的堆积分选性，表层大块径的孤块石相对集中，表层以下大颗粒则明显减少，根据对堆积区A的颗分试验成果分析，该区表层大于200 mm的颗粒组成占比高达30%（质量百分比），表层以下该粒组的颗粒组成占比一般小于20%。从堆积体前缘呈现出的龙头堆积特征看，碎屑流的前缘部位粒径巨大的孤块石相对较为集中，块径大于1 m的孤石并不少见。从其颗粒分选的力学机制看，主要是由于碎屑流运动过程中的振动筛分作用和碎屑颗粒之间碰撞所产生的动力破碎作用［1］。

2.3 万工崩滑-碎屑流多期次堆积特征

根据地表调查和地质勘探揭示，大沟流域崩滑-碎屑流堆积地层呈现出明显的堆积期次。地质历史时期至少发生过4次较大规模的崩滑-碎屑流灾害，从分布面积和厚度看，最近三次的堆积范围都大于“7.27”地质灾害（见图11、12）。

图11 万工崩滑-碎屑流多期次堆积平面

图12 万工崩滑-碎屑流多期次堆积剖面

从对上述四层（期）碎屑流堆积的分布特征看，大沟流域内碎屑流堆积的范围在逐期变小，堆积厚度变薄，且堆积前缘的高程在逐渐增高、后退，从大的地质历史时期的角度看，大沟流域地质灾害整体上处于衰退期。历次碎屑流堆积分布特征详见表1。

表1 历次碎屑流堆积统计

我们利用地质历史分析的方法对大沟流域内历次滑坡—碎屑流过程进行了初步反演：大沟流域受邻近的汉源-昭觉断裂影响并地处二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）和二叠系下统阳新灰岩组（P1y）的岩性分界带上，裂隙较发育，岩体较破碎，地质勘探也揭示沟内灰岩和玄武岩之间发育一青灰色～黄灰色的泥化带夹层。独特的地质条件和构造背景使得大沟流域天然就具有易受各种内外地质作用改造的特性。正是在这种背景下降雨、地震、冻融风化等多种作用在大沟流域的薄弱地带开辟出了早期的大沟沟道，随着水流的侵蚀下切作用，冲沟逐渐加深，沟道右侧的玄武岩卸荷加强，向沟心的变形逐渐积累，当变形积累到临界点，在暴雨（地震）等工况下，强风化、强卸荷的玄武岩体产生崩塌、碎屑流堆积在大沟内，形成了第①期滑坡—碎屑流堆积体；玄武岩本身岩性硬且脆，由于玄武岩体内原生的柱状节理和后期的卸荷裂隙都十分发育，抗风化能力较弱，加之灰岩和玄武岩之间发育的泥化带夹层，在大沟的形成过程中，沟床主要沿泥化带夹层即灰岩的顶面逐渐下切，导致大沟左侧灰岩顺向坡临空面加大，大面积裸露地表并接受各种地质作用的改造，表浅层强风化、强卸荷灰岩体在重力及暴雨作用下，产生滑动，形成了第②期崩滑-碎屑流，即第②层钙化态层；早期形成的第①、②期崩滑-碎屑流堆积体在较长的地质年代中发生较强的钙质和硅质胶结作用，碎屑流第③、④期与第①期成因相同，但规模逐渐减小。

3 万工滑坡—碎屑流堆积特征对综合治理方案的影响

万工滑坡—碎屑流地质灾害治理采取了“排导槽＋拦挡桩群＋分流槽＋部分固源＋部分清挖＋截排水＋其他”的综合治理方案（见图13）。

图13 “7·27”地质灾害综合防治效果

在综合治理方案确定前，综合治理方案中的“部分固源（后缘抗滑桩）”和集镇后方“拦挡桩群”两部分曾引起较大的讨论，一是否有必要修建；二是能否保证桩体立地生根。笔者在此仅结合大沟流域内滑坡—碎屑流的成灾堆积特征就其合理性做简要的论述。

后缘抗滑桩和集镇后方拦挡桩群是否有必要修建，与未来大沟内可能发生的灾害类型和规模有直接关系。经前文论述，大沟流域地质历史时期至少发生过4次较大规模的崩滑-碎屑流灾害，2010年“7.27”地质灾害滑坡—碎屑流也是主要的致灾类型，在未来相当长的历史时期内，形成滑坡—碎屑流灾害的客观地质条件并没有发生根本性的改变。因此，与常规的泥石流灾害以导为主的治理思想有所不同，大沟流域治理需要把对滑坡—碎屑流灾害形式的治理作为主要考量因素之一，一是从崩滑源上减弱灾害的发生，二是在集镇后方增加一道防线，防止可能发生的崩滑-碎屑流（泥石流）等灾害越过排导槽直接冲击万工集镇。

后缘抗滑桩和集镇后方拦挡桩群能否站稳，则取决于桩基持力层的地质条件，经地质勘探查明，后缘抗滑桩部位持力层为完整的灰岩岩体，力学强度较高。集镇后方拦挡桩群持力层为早期堆积的第①、②期崩滑-碎屑流堆积体，这两期堆积体在较长的地质年代中发生较强的钙质和硅质胶结作用，完整性相对较好，局部胶结较好部位其力学强度不低于相应的新鲜基岩。因此，后缘抗滑桩和集镇后方拦挡桩具有立地生根的条件。

4 结 语

（1）万工大型崩滑-碎屑流地质灾害呈现出以下几个较为明显的成灾和堆积特征：崩滑-碎屑流链式成灾、分区分层堆积和地质历史时期多个堆积期次。沟域内独特的地质条件是类似灾害多发的原因，碎屑流灾害运动过程中块体（颗粒）间的碰撞作用、动力破碎作用和机械筛分作用对其堆积特征的形成有直接的影响。

（2）碎屑流是一种不同于泥石流的独立的灾害形式。碎屑流是一种以固体物质为主的散体流。碎屑流不同于滑坡和泥石流，但又和二者有着密切的关系。滑坡一般是坡体沿滑移面的整体性滑动，而泥石流一般是混杂了大量泥渣、石块等固体物质的特殊洪流，水是泥石流灾害的载体。三者在物质组成、动力作用、运动过程和形态特征、治理思路方面都有各自的侧重点。

（3）万工大型崩滑-碎屑流特殊的堆积特征和致灾过程对综合治理方案的选择产生了较大的影响。需要指出的是，由于万工集镇本身为移民集镇，因此综合治理方案在拟定过程中更多的考虑了安全因素，在多数地质灾害治理工程中，如何取得工程经济性和安全性的统一是需要仔细思考的问题。

［1]王玉峰，程谦恭.汶川地震触发高速远程滑坡-碎屑流堆积反粒序特征及机制分析［J］.岩石力学与工程学报，2012（6）.

简讯

老挝南欧江二级水电站成功下闸蓄水

10月18日上午，由院监理部（二滩国际）承担监理任务的老挝南欧江二级水电站正式下闸蓄水，如期实现节点目标。

下闸蓄水任务顺利完成是南欧江二级水电站工程建设中的重要里程碑，标志着二级水电站工程发电、防洪度汛等效益将逐步实现，同时，也为2015年度“11.29”首台机组提前发电目标打下了坚实的基础。南欧江二级水电站开发建设将为老挝北部和老挝电网提供稳定优质的电源，同时也将极大地改善老挝琅勃拉邦省境内的交通条件，促进南欧江流域地区的旅游业和工业的发展，从而带动当地社会和经济的快速发展。

（本刊编辑部）

P642.21

B

1003-9805（2015）04-0113-06

2014-10-16

王志超（1981-），男，河北保定人，工程师，从事环境地质工作。