书城自然混杂堆积与环境
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第54章 滑坡堆积(1)

从崩塌—崩滑—滑坡之比较看滑坡的临界条件和特征。

自然界各种块体过程之间并不存在一个明显的界限,人们只是为了表达方便才费力地进行各种分类。而滑坡与崩塌、崩滑以及泥石流之间就有说不清、理还乱的关系,存在一系列没有定论的“过渡类型”。人们很难说清各种类型之明确边界在哪里。从本质上讲,滑坡、崩塌、错落以及高速崩滑、坡面泥石流等都是坡地块体运动的不同形式而已(Varnes,1978,1985)。

(第一节)滑坡的动力特征及组成要素

1.定义

山体突然崩落叫崩塌或山崩,而滑坡则指山坡上部斜坡的土石体失去平衡,沿内部滑动面整体向下滑动的现象(王恭先,1991)。我国古代叫“地移”——指缓慢运动,区别于“山崩”。它们广泛分布于地球(气下、水下)和火星、月球,一切有临空面的空间。

2.动力特征和发育阶段

动力类型比较复杂。其过程如下:

头部—牵引力—被动部分—蠕动阶段—塑性变形—蠕动,类似冰川上段;中部—滑动力—主动部分—发生阶段性滑动,类似冰川中段;尾部—推挤力—向前和向两侧—停止阶段—塑性变形—蠕动,类似黏性泥石流。

3.滑坡的组成要素

滑坡是斜坡上岩土由于地表水或地下水的影响,在重力或地震作用下,沿着斜坡体内的软弱结构面作整体性滑动的地貌过程。大量实际研究查明,滑动体、滑动面、剪出临空面是构成滑坡的三个基本因素,这三个因素必须同时具备才能构成滑坡。

滑动体是沿剪切面滑落的块体,运动过程中具有相对的完整性。在滑坡上部平坦处筑路、兴建工程、弃置废土或矿渣等进行加荷,或在滑坡下部开挖、采石或开采其他矿体等进行卸荷,都是诱发滑坡的常见因素(四川省地理研究所,1975;胡余道,1991)。

滑动面是指滑坡体与基岩之间的剪切破裂面。滑动面以上的软弱岩层,因受揉皱而形成的厚数厘米至数米的扰动带,一般称为滑动带。实际上,经常将滑动带与滑动面结合在一起,称为滑面。滑动面的形状是评价滑坡稳定性的重要因素,也是滑坡分类的主要指标之一。按滑动面形状可将滑坡分为以下几类:沿弧形面滑动的滑坡、沿单一平面滑动的滑坡、沿折线或连续曲面滑动的滑坡以及错落—挤出型滑坡、复合型滑坡等。滑动面的确定在滑坡治理实践中是一个很受重视的问题,特别是对于滑后已经稳定了一段时间的滑坡和古滑坡(四川省地理研究所,1975)。

滑坡的滑动体,其滑动面终端与地面相交的破裂口滑脱或挤出处,一般称之为剪出口,它把滑动面终端和滑舌段明确分开。剪出临空面是影响滑坡发生和发展极为敏感的部位。如剪出口和剪出临空面的外侧被滑动体或其他岩土掩埋得越多,则滑坡碎屑亚相的规模越大。

滑坡稳定性决定于剪切应力(重力的坡向分力)和抗剪应力(摩擦力和凝聚力)的平衡关系。如果剪切应力大于抗剪应力,则滑坡处于不稳定状态;如剪切应力小于抗剪应力,则表明滑坡处于平衡极限或稳定状态(王恭先,1991)。

(第二节)滑坡类型

虽然国内外有一系列滑坡分类法,但有些把多种块体运动如崩塌、坍塌都归为滑坡(Varnes,1978)。Keefer(1994)又只强调地震对滑坡的决定性意义,均不具广泛的代表性,本书采用一般的分类(成都山地灾害与环境研究所,1994),且与滑坡堆积特征有较好对应:

(1)按滑面运动形式分为:

(1)直线型:滑动层为多层或单层,整体性强,块体亚相发育。

(2)折线型:垂直和水平位移接近,多错动——断层、剪切和褶曲。

(2)按滑距高差大小可分为:

(1)高位滑坡:垂直距离与水平近似或略小,碎屑亚相发育。

(2)低位滑坡:水平大于垂直,滑速慢,块体亚相发育。

(3)按滑床形状可分为:

(1)弧形:包括凹弧形和凸弧形,图61所示之大剖面为凹凸型,经旋转后前端因悬空而解体并超覆爬高,块体亚相和碎屑亚相比较均衡。

(2)复合型:即直线—折线—弧形之多种结合,虽看似整体,但运动形式多样;内部应力、变形不同,出现旋转、拉裂、错动、褶曲等破碎强烈的堆积构造。

(4)按滑床地形可分为:

(1)平滑型:照片61所示金沙江上游某段滑坡体的上半部,照片62所示阿尔卑斯山中某滑坡。

(2)台阶型:如云南东川小江大梨树台之滑坡,其中段出口位于一高大的台阶上,使块状亚类受到强烈的滑坠,从而扩大了碎屑体的规模(图62B;照片63,照片64)。

(第三节)滑坡堆积亚相

上图从动力过程可分为四段,它们与各段堆积特征密切相关:

(1)牵引段占据滑坡出口以上地段,也是滑坡主动段,对上是牵引,对下推挤则进入被动段。

(2)拉张段:处在过渡带,面上滑落块体变成碎块,地貌上似“土林”,但下部仍保留较大的块体,有空洞,仍是块体亚相类。

(3)挤(推)压段:属于碎屑亚相,沿一系列剪切面产生超覆、推断形成碎屑体、压力透镜体、褶曲和一系列弧形的推挤堤和槽。

(4)爬高、推挤、抛掷段:不一定所有滑坡体都有这一部分。在个别情况下,如甘肃洒勒山滑坡则在前端产生抛掷,推举松散层爬高到河对面阶地上,形成残留堆积物。

总体看滑坡堆积一般可分为五个亚相:块体亚相、碎屑亚相、抛掷(爬高)亚相、泥石流亚相及蠕动亚相,但大多数滑坡均具有前两种亚相。但若坡度大、垂直与水平比例大,如湖北新滩滑坡后缘高200m,从上往下则碎屑亚相发育;反之,如坡度小,如甘肃平凉滑坡,高20m,长200m,高长比为1∶10,则以块体亚相占绝大部分,甚至可以说没有碎屑亚相。

抛掷亚相也比较少有,视滑动速度而定,一般滑坡速度介于0.1—20m/s;如甘肃洒勒山滑坡速度达20m/s,故前端抛掷亚相发育。反之,若滑速小于0.1m/s,即为蠕动滑坡,后文将专门讨论。

1.块体亚相和碎屑亚相滑坡是一种整体运动,搬运距离近,以滑动为主,基本上无流动,也无流速梯度。

但在特例时,如滑坡泥石流,只要地下水丰富能使碎屑物液化,则在最后部分滑坡碎屑亚相会转变成泥石流。

据饶江庆等研究(1995)挤出型滑坡有些特例,坡度小的挤出型滑坡和基岩切层滑坡,蠕动平稳滑距也短,几乎全部是块状亚类(图64,图65)。因挤出型块体滑坡和切层滑坡则仅表现为近距离垂直位移和有限的水平位移,岩块基本未大量破碎,故缺少碎屑亚相。据野外考察,这类斜坡的变形一般均具上移下弯性质。失稳时,中上部滑体均沿层状滑面滑动,移动块体与刚体性质相似。而下部弯曲变形滑体,则解体强烈,一般呈碎块状堆积物,整体性差。在成昆铁路北段所见到的铁西滑坡是其典型的例证。铁路右侧内边坡分布的滑体则为整体的砂泥岩基岩滑体,而路基外边坡所堆积滑体则为碎屑状,在距路基上方不远处,尚可见到弯曲变形的形迹(四川地理研究所,1975)(图66)。故基本没有碎屑亚相。

图64挤出型块体滑坡(饶江庆等,1995)1.灰岩;2.页岩;3.灰岩块体;4.裂缝及其中的充填物图65四川万县后槽错落式切层滑坡(饶江庆等,1995)相反,还有一些大规模并具崩塌性的滑坡,如长江三峡兵书宝剑峡出口处的新滩滑坡即为一例,基本上看不到完整的块体亚相。巨石由顶部源区崩下推动老滑坡体重新活动。它应属于滑坡类型,也具有崩塌—滑坡间的过渡性质及介于滑坡和崩塌之间的堆积特点。

据骆培云(1988)观察,新滩崩滑体有以下特点:

(1)在靠近上游的碎屑堆积中,观察到边缘有“似断层构造”,崩滑堆积体碎屑的堆积产状近直立,此系碎屑在运动过程中,靠近上游崩滑体边缘受阻而快速剪切摩擦形成。

(2)在堆积体中发现大量的擦痕、刮痕,也存在擦痕方向的变化和“甩尾”现象。

反映运动体内部动力变化快。

(3)在碎屑堆积中,存在新老地层的不同层序。下部为滑动带的运动状态,反映该滑坡体是新崩体和老滑坡体沿原始基岩地面滑动,也是老滑坡体的复活。

(4)崩滑体含大量黏土成分,加上暴雨,该崩滑体有条件向泥石流转化。

(5)类似崩塌堆积,以中央为主,有中心亚相,也存在边缘亚相,在高速运动的上游沟中,可见一些巨大、孤立的抛石。崩体以高速(20m/s)冲入长江,使对岸形成高达几十米的涌浪。

崩塌和滑坡是两种最常见的坡地重力过程,它们两者在形成机理、发生过程、影响因素以及产状特征等方面是有明显区别的。但同时,崩塌和滑坡之间也肯定存在一系列的过渡类型,如上述崩塌—滑坡体确实存在,兼有崩塌和滑坡的部分特征(杜榕桓等,1993)。

2.泥石流亚相

泥石流堆积在混杂堆积相中是一个重要角色,如前所述,它具有“一相多属”的特点。

在甘肃天水、渝中、陕西凤县等广大黄土地区,黄土层覆盖在第三纪湖相层之上的地区,滑坡的滑面即在两类地层交界面上,同时也是地下水隔水层。当地下水饱和了黄土层底部物质,就经常导致滑坡出现,也常有块体亚类和碎屑亚类,但很快碎屑亚类立即被地下水饱和而变成泥石流直达下游。故当看到下游泥石流时,才知道源头发生了滑坡,此即滑坡—泥石流。所以,高速滑坡的抛掷亚相与匀速滑坡的泥石流亚相都在滑坡的末端,在地貌部位上是相当的。

在有残坡积物、强风化基岩等碎屑堆积区,组成物质破碎并有较大的空隙度,为滑体解体和储存大量水分提供了先决条件。从触发原因看,多数滑坡泥石流都发生降雨或连续降雨之后,降雨的作用在于除触发滑坡发生外,还使坡体含水量剧增或使其呈饱和状态,为泥石流化创造了条件。如陕西黄牛铺滑坡泥石流发生之前的1981年7月1日至8月21日,连续降雨1051mm,其中8月14日至8月21日7天内降雨就达322.4mm。宁强石家坡及李家山滑坡泥石流发生之前的8月3日至8月23日连续降雨650mm(骆培云,1988)。

骆培云认为(1988)除上述条件外,泥石流化的滑坡都有较好的临空条件和运动通道,滑坡发生后能够沿着沟道充分运动,在运动过程中充分液化。仍以陕西凤县黄牛铺滑坡为例,滑坡发生在黄土地层中,体积约5×104m3,滑坡发生前连续降雨。根据滑坡发生后的调查,滑体首先在隔水且倾角约17°的红色泥岩上滑行94m,然后凌空,最后顺沟流动超过200m,并在沟口外堆积下来,堆积物呈稀泥状,最大水平运动距离约500m,垂直落差126m,现场估计最大流动速度7—8m/s作者在甘肃天水所见同一性质的滑坡泥石流在沟床的第三纪湖相地层上形成类似“羊背石”的光滑小丘,极为罕见。可以想见其高速滑动的情景。

从混杂堆积角度谈论滑坡堆积还必须提到原本就是混杂堆积物的残积(风化壳)、坡积、崩塌堆积层等发生的滑坡。

不同成因、厚度、物质组成、堆积方式将土和碎屑物叠置或混合堆积并覆盖在地表的土石体形成的滑坡,称为堆积层滑坡(它不包括物质成分和性质较为一致的黄土滑坡、黏土滑坡)。堆积层滑坡是自然界中分布较广、数量较多、危害较大的一类滑坡。

尤以山区更为突出。

杜榕桓和陈自生(1993)对滑坡堆积曾有专门描述,认为滑坡堆积物组成特征有:

(1)滑坡堆积物的主要构成成分为近源物质,均能在其上方或两侧找到母体。有时即使发现一些外来物质成分,如冲积物、洪积物、冰碛物等,也一定是这些远源物质早先已堆积在斜坡上,后来参与了滑动过程。所以,必然能在滑坡堆积物的外围找到这些远源堆积物的原先堆积区。

(2)滑坡堆积物本身所包含的块体(岩块或土块)不具任何磨圆特征,均为棱角状。

(3)滑坡堆积物本身毫无分选,大小混杂。而且堆积物组成颗粒的粒径差别很大,包含很细的黏土颗粒,也可以包含数十厘米、数米乃至数十米的巨石块。

滑坡堆积物结构特征有:

(1)滑坡堆积物一般均显得比较松散,多裂隙。

(2)滑坡堆积物往往具有比较明显的架空现象,即岩块之间多包含有明显的空隙,这是由于滑坡堆积物往往系突然停积所致,巨大的岩块之间相互架叠而成。

(3)岩质滑坡的堆积物中往往包含有大块的孤立岩块,有时被误认为基岩;这些孤立岩块保存有原来的层理和层序,但比周围基岩岩体破碎,多裂隙或裂纹,而且产状也有变化。

可见,从混杂堆积的残积(风化壳)、坡积、崩塌堆积等再由滑坡改造,其混杂度可以想见,但最后显示的还应是滑坡堆积的特点为主,而不会是混杂堆积综合体的特点。

(第四节)滑坡堆积的结构、构造

一、宏观构造

由于滑坡动力机制复杂多变,类型众多,所造成的堆积结构、构造也十分多样。李有利等(1993)和刘光勋等(1982)对山西洪桐郇堡地震滑坡的堆积构造之研究很有代表性。它们都保存在块体亚相中,介绍如下:

(1)非构造断层:指滑坡体内具有明显位移的滑动断裂(滑动面),之剖面图a、b、c,灰黄色具水平层理的粉砂夹薄层砂砾石层中有一断裂滑动面,上部较陡(210°∠50°)下部较缓(210°∠30°),滑动面呈弧形,滑动面两侧有拖曳构造。剖面图b有两个滑动面,亦呈弧形,也有拖曳构造。从剖面图上可以看,滑坡发生时,三个块体都在运动,地层产状的差异反映各自滑动面的旋转程度,在滑距及方向上均有差异,但产状基本一致,表明滑动方向的一致性,总体上构成一个大型的从左向右的叠瓦构造。图c中F处的断裂切断了小的透镜体,左侧则有拉张裂隙的充填构造或楔形构造。图d上有两个倾向相反的断裂面,构成一个小“地垒”,且块体也发生过运动。李有利等(1993)把此种块体作背向运动造成的地垒称为“块体滑动构造”。

充填断裂和楔形构造

以上各滑动面均为张性弧形旋转型滑动面,有时单个,有时成组。

不论何种原因造成的滑坡,其中张性断裂、压性断裂、斜交、水平和垂直裂隙以及逆冲断层、正断层等都广泛分布在不同的微相中,数不胜数(图611)。

(2)柔性变形:滑坡堆积体除前述比较脆性的变形外,还有大量柔性变形,有时表现为地层的拱曲和倾斜。块体滑动时下滑块体前方受阻即可造成地层拱曲变形(图612B),这对于了解古滑坡(1309年郇堡村地震)的总体运动方向有帮助(图610)。另据马肖军研究,该滑坡体内的砂砾石层也可造成挠曲变形和砂砾透镜体,表现为一系列小背斜和向斜,以及一系列断开、旋卷、叠置等现象。

(3)裂隙和楔状构造。楔形裂隙多发育于块体亚相顶部,把块体上部分割成“土林”地貌,是由张应力造成,滑坡后壁也会形成被砂砾填充的楔形构造(图612A)。