工程地质读书报告——汶川地震

汶川地震山地灾害——泥石流形成机理与风险控制

背景：

2008年5月12日14时28分，我国四川省汶川县映秀镇附近（103.4°E，31.0°N）发生Ms 8.0地震，地震持续时间为80~120s，震源深度14km，沿映秀-北川断裂长度约300km，最大错动位移达7m左右，释放能量是1976年唐山大地震的三倍且集中于前80s。此次地震为典型的线宏观和主震-余震型地震，余震活动频繁、强度大。

滑坡、崩塌（滚石）是汶川地震直接触发的主要山地灾害类型。据估算，地震直接触发的滑坡、崩塌总数达4~5万处。其中，对人员安全和临时安置构成直接威胁的灾害隐患点就达12600余处，规模大于1000万立方米的巨型滑坡就有30余处。

“5·12”汶川大地震引发的大量同震滑坡、崩塌，大大加剧了灾害，而灾后长期持续的山地灾害，成为制约灾后重建的关键因素。震后三年来，震区灾害较震前明显增多，其中泥石流成为震后最活跃的灾害。据调查，地震重灾区新增泥石流967条，主要沿着发震断裂——映秀-北川断裂带两侧分布。泥石流毁坏公路、切断通信、堵断河道形成堰塞湖、淹没村庄和安置房、严重威胁灾区人民的生活，给灾后重建工程造成了极大损失。仅在2010年8月13日暴雨作用下，四川省绵竹市清平乡突发的泥石流，淹埋村庄、切断通信和交通，使清平乡成为一座孤岛，造成14人思维和失踪，379户房屋严重受损。泥石流已成为震后对地震灾区影响和威胁最严重的灾害类型。

震后三年泥石流极为发育的灾害情势表明，震后山区灾害已危机灾后重建成果的保障，成为制约重建工作顺利推进的关键问题。了解震区孕灾环境的变化特点，揭示变化孕灾环境下山地灾害形成条件、运动过程、演化规律，提出潜在灾害判识和风险分析方法，针对震后山地灾害活动与成灾特点研发防止工程新技术，为汶川震区灾后重建中城镇和重大基础设施建设的减灾防灾提供科学支持。

汶川地震震后三年山地灾害活动实例表明，泥石流是震后危害最大的山地灾害，也很可能是震后活跃期最长的灾种，在此我写的内容主要是关于泥石流的，着重分析震后泥石流形成的机理，地震灾区泥石流灾害防治原则和监测预警技术，防治时机。

泥石流形成机理：

形成条件：1、地质条件，“5·12”大地震的发震断裂——北川逆冲断层由西南向北东方向从花石板沟沟口通过。断层倾向北西，倾角60°~70°，北川断裂带控制了该区域的地质构造。受断裂影响，寒武系的砂岩逆冲于志留系、泥盆系乃至石炭系之上，切割深度较大，垂直断距达千米以上，附近小型断裂和褶皱发育。在断层带上岩石破碎，角砾岩化、糜棱岩化、泥化较为常见，主要有寒武系和志留系的碎屑变质岩组成。2、气候条件，研究区属亚热带湿润季风气候区，四季分明，气候温和，多年平均气温15.6℃；雨量充沛，年降水量1399mm，年最大降雨量2340mm，20年一遇日最大降雨量242mm，降水多集中在6~9月，占全年降水量的71%~76%。

2008年9月23日1:00-24日7:00北川县普降特大暴雨，境内平均降水量约150mm，研究区临近地区唐家山降水量达到294.8mm这次暴雨诱发了研究区有

史以来最大的一场泥石流。比较典型的大泥石流由：魏家沟泥石流、花石板沟泥石流、席家沟泥石流。

通过调查魏家沟、花石板沟和席家沟三条泥石流沟的形成过程，对比分析器泥石流特征，得出泥石流在不同比降的够到中起动机制有所差别。在大坡度下泥石流主要属于下滑模式，雷同于滑坡转化为泥石流：在中等坡度下，泥石流形成主要靠水流的侵蚀作用逐渐演化成泥石流：在小坡度情况下，泥石流形成模式是堵溃式，主要是泥石流对河床的的冲蚀导致岸坡失稳，堵塞河道，溃决形成泥石流。

从形成机制来看，魏家沟属于滑坡转化型泥石流。地震后源头土体疏松，并存在大量的后缘裂缝，在强降雨作用下，滑坡被激发，在向下运动过程中，逐渐流态化，形成泥石流。花石板沟属于沟道松散物质启动型泥石流，在中、下游存在两处大型滑坡，长度在300m以上，且对称分布，大量的松散物质堆积在沟道中，在强降雨作用下，沟道汇流快速增强，沟道中松散物质堵塞河道，随着水量增加，溃决起动形成泥石流。席家沟属于侵蚀类型的泥石流，沟道松散物质在大流量的径流作用下，河流不断下切侵蚀，并同时发生溯源侵蚀和侧蚀，导致岸坡和后援物质不断供应，泥石流规模逐渐增大。

堵溃式泥石流形成的地形条件是沟道坡度（8°~12.5°）很缓，而且沟道两侧松散物质较多。在水流冲刷下，坡脚失稳，坡面松散物质发生滑坡，堆积在沟道中。由于沟道坡度很缓，水动力条件无法将下滑的松散物质直接带走，从而形成堰塞体。随着水流的增加，堰塞体含水量增加，受到的上游水的推力也增大，堰塞体溃决形成泥石流。

这种类型的泥石流在震后较为普遍，野外调查发现，泥石流沟内地震诱发的崩塌、滑坡等不良地质现象十分普遍，几乎每条泥石流沟谷坡均发育有不同规模的失稳斜坡。这些不稳定源一旦遭遇强降雨过程，或是整体下滑，或是表层及前缘发生局部崩塌，致使松散物质输移到沟床中，堵塞沟道，就可能溃决形成泥石流。北川县苏宝河流域的关门子沟和魏家沟流域的花石板沟的泥石流形成模式就属于这一类型。

侵蚀式泥石流形成的地质条件是沟道坡度（12.5°~17.5°）适中，而且沟道两侧松散物质多。在水流冲刷条件下，坡脚失稳，再加上降水或地表水渗入作用，形成软弱带，产生地表侵蚀，进而输入泥石流沟道中，参与泥石流过程。在这种情况下产生的松散物质在沟道中没有聚集现象，在适当的沟道坡度和水动力条件下，下滑的松散物质被水流直接带走，直接转化为泥石流，或参与泥石流。

这种类型的泥石流在震后主要发育在坡度为15°左右的坡面上，其形成状态是在坡面中下游，降雨汇流达到一定的程度，坡面上的松散物质在径流作用下逐渐被搬运，并促使两侧的松散物质失稳进入沟道，直接转化为泥石流，如震后的陈家山沟、张家山沟等。

下滑式泥石流形成的地质条件主要是沟道坡度（17.5°~25°）很陡，坡面产生径流并入渗，导致松散物质含水量和孔隙水压力急剧增加，破题失稳向下滑动；随着滑体的继续滑动，破体内部剪切导致坡积物强度降低，再加上水流的不断参与，进一步导致土体的弱化和解体，土体开始沿地表流动，速度加快，形成泥石流。

这种类型的泥石流在震后主要发育在坡度20°左右的坡面上或者沟道源头。在震后，形成的大量崩塌滑坡体大部分都是在自然状态下堆积起来的，坡度在20°以上，而下滑式泥石流多发生在这些滑坡体上。