1 江苏南京地质工程勘察院 江苏南京 210041；2 江苏省山水资源开发集团有限公司 江苏南京 210001
摘要：汶川地震后“8.13”文家沟泥石流灾害的危害巨大。文章阐述成因机制包括暴雨、地形地貌及汶川地震。应该综合比选防治原则、防治方案，文家沟应先以防为主，再以疏为主、疏堵结合为防治方案。
关键词：文家沟泥石流灾害；危害巨大；成因机制；综合比选；防治方案；以防为主。
笔者于2009～2010年参加了四川省绵竹市清平乡滑坡、泥石流应急治理的援建工作，编写了簸箕岩滑坡（岩脑壳滑坡）应急治理工程的勘查、设计报告。通过勘查揭示：绵远河西岸的簸箕岩滑坡（岩脑壳滑坡）的岩层倾向与坡向相反；[1] 而绵远河东岸的文家沟等的岩层外倾，与坡向相近，具备发育顺岩层不稳定斜坡或滑坡灾害的条件，为泥石流灾害提供大量的松散堆积物源。文家沟泥石流灾害的防治工程艰巨，应该综合比选防治方案。
1 文家沟泥石流灾害的危害性
2008年“5.12”汶川地震发生后，四川省绵竹市清平乡文家沟先后发生6次泥石流灾害，尤其以2010年8月13日泥石流灾害的危害巨大。
图2 “8.13” 文家沟泥石流灾害
2010年8月12日18时～13日4时清平乡总降雨量达227.5mm/d，雨强达70mm/h，11条沟同时爆发泥石流，[2] 泥石流汇入绵远河后总堆积方量约600万m3，淤积体长达1600m，宽为200～500m，平均宽约300m，最大厚达15m，平均厚约7m（图1）；其中文家沟冲出约310万m3，泥石流从13日1时30分钟开始暴发（图2）。[3]
图4 “8.13”泥石流灾害前清平小学
位于文家沟下游“5.12” 汶川地震后江阴市援建的清平幸福大桥桥面随着泥石流向下游漂移约400m，堵塞老清平危桥，使绵远河堵塞、河水抬高改道（图1）。[3]援建的清平小学在“8.13”泥石流灾害后一楼充满泥石流（图4、5）。
图6 “8.13” 文家沟泥石流灾害前下游施工拦挡坝
2.2 文家沟泥石流灾害的成因机制
为什么不能有效预防泥石流灾害呢？
文家沟泥石流灾害的成因机制主要有如下几个方面：
1）“8.13” 文家沟泥石流灾害时清平乡日降雨量达227.5mm/d，雨强达70mm/h，在暴雨作用下，文家沟支沟的汇流大部分进入主沟，使主沟的水流量大于支沟；而支沟泥石流将坡面松散泥砂石堆积物源部分停积于沟口平缓开阔地段，部分汇入主沟。支沟泥石流在汇入主沟后被大大稀释，其重度降低，而流量则从上游向下游逐步增大，冲刷能力增强，并将主沟两岸及沟底的松散泥砂石带向下游。[2]泥石流灾害的激发降雨量以1h降雨量作为标准，在20mm时处于泥石流灾害暴发的临界值；“8.13”超过30mm后暴发泥石流灾害。[3] 因此，暴雨是泥石流灾害的诱发因素。
2）文家沟沟床内地形变化较大，在海拔1300m以上沟床陡峻，沟床纵坡降大于300‰，沟床坡度为35～55°；1300m以下沟床较平直，沟床纵坡降为150～180‰。陡峻的上游沟床易被洪水下蚀及松散砂石堆积物源汇入、形成泥石流，属于形成区；较平直的下游沟床便于砂石的汇聚，属于流通堆积区。[2]所以，海拔1300m以上陡峻的地形地貌因素便于加快泥石流灾害的流速、增大体积（图7）。
图7 “8.13” 文家沟泥石流灾害后三级台地
3）文家沟沟域在2008年“5.12”汶川地震后引发滑坡、沟道堆积堵塞灾害，为泥石流灾害的发展提供了大量松散堆积物源。而地震前沟域松散物源主要为崩塌产生的零星块石，很难形成泥石流。[3]综上所述，地震为文家沟泥石流灾害提供了大量松散堆积物源，大大扩大了规模（图8）。[2]
图8 “5.12” 汶川地震后文家沟
2.3 文家沟泥石流灾害的大量松散物源的原因
笔者下面重点分析文家沟滑坡灾害为泥石流灾害提供大量松散堆积物源的原因：
1）文家沟地层属于老新岩层倒转，沟域内在海拔1300m以下分布较老的寒武纪清平组（€1q），岩性主要为板岩、粉砂岩、含磷泥灰岩、硅质岩等，较坚硬-坚硬；岩层外倾，主要倾向为NW向，倾角较小，与坡向相近（图9）。[3]
图9 文家沟流域及泥石流灾害物源分布图
在海拔1300m以上分布较新的泥盆纪观雾山组（D2g），岩性主要为灰岩夹白云质灰岩、砂页岩、石英砂岩等，较坚硬-坚硬；岩层外倾，产状NW320°∠32°，主要倾向为NW向，倾角较大，[3] 与坡向相近（图10）。
图10 文家沟三级台地南侧岩层倾向与坡向相近
2）文家沟流域中部发育顶子崖断层，断层呈近N-S走向，产状300°∠40°，断面呈弧形，属逆掩断层。[5]
3）文家沟寒武纪清平组（€1q）、泥盆纪观雾山组（D2gn）的岩层及顶子崖断层的倾向与区域构造相对应。清平乡在区域构造上位于扬子准地台四川盆地向斜的西北部，次级构造属于四川盆地西北部龙门山推覆构造带前缘。区内发育数条活动性断层，自北向南，由高川、大水闸、太平、金花推覆体及绵竹前陆盆地组成，推覆体边界断裂分别为四道沟、清平-白云山、卸军门及晓坝-金花断裂。清平乡位于太平推覆体后缘，毗邻清平-白云山逆掩断层；褶皱保存不完整，多为太平推覆体内部的次级褶皱，方向多变，陡缓并存。岩层多陡倾、直立乃至倒转，倾向一般为NW向（图11）。太平推覆体东南前缘为卸军门逆掩断层。[1]
图11 绵竹市构造单元叠置关系剖面示意图
4）总之，文家沟在上覆第四纪松散堆积物源与下伏寒武纪清平组（€1q）和泥盆纪观雾山组（D2gn）的岩层的土岩界面、岩层内部易发生顺岩层滑坡、崩塌。在上覆第四纪松散堆积物源内部也易发生顺坡向滑坡。
5）2008年“5.12”汶川地震时在文家沟引发了第二大巨型高位顺岩层滑坡灾害，就是顺岩层、坡向滑坡的典型例证。文家沟滑坡区长960m，后缘宽1080m，前缘宽500m，面积约69万m2；分布在海拔1885～2340m，高差455m；滑体厚20～30m，原始体积约2180万m3。滑坡源区位于山顶，海拔2340m，地形较陡峻，坡度30～40°；流通区地形陡缓并存，坡角15～40°，滑坡体时快时慢下滑，并多次与周边山体碰撞，岩层迅速被解体转化为碎屑流，碎屑流再沿沟域倾泻、冲蚀。滑坡体水平运动总距离约4022m，竖直运动总距离约1443m，滑坡堆积体积达5000万m3；直接造成48人遇难；2008年汶川地震时，高位山体滑坡灾害造成的直接危害巨大。（图8）[5]
6）滑坡堆积体少部分主要堆积在海拔1890～1599m的八、七级台地处，形成主堆积区Ⅰ，体积约 2000万m3；大部分经过高速抛射、倾泻、汇流至海拔1400～985m的五、四、三、二级台地处，形成主堆积区Ⅱ，体积约 3000万m3。（图8、9）。主堆积区Ⅰ虽然物源规模大，但是对应地势平缓的韩家大坪，坡度10°；堆积物中块石占70%，密实度达到中密-密实；因此，在暴雨、洪水作用下不易被激发形成泥石流灾害。主堆积区Ⅱ坡度较陡；滑坡-碎屑流堆积物中碎石、砾石占90%，密实度属稍密，最厚处达150m；加上汇水面积比主堆积区Ⅰ增大了很多；在暴雨、洪水持续作用下，极易被激发形成泥石流灾害，泥石流在陡坡地形地貌条件下加速下蚀沟床、侧蚀两侧边坡，大量滑坡-碎屑流松散堆积物源源不断地汇入沟道，不断发展成为规模巨大的泥石流灾害，连续冲毁19座密集谷坊坝群、1座拦挡坝、幸福大桥，接连冲入绵远河两岸的民房、小学。间接的泥石流地质灾害危害也巨大。[3]
3 综合比选文家沟泥石流灾害的防治方案
3.1 文家沟泥石流灾害防治方案的布设原则
1）对文家沟泥石流灾害防治的勘查与设计方案进行工程布设时，原则上应该结合泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害的成因机制进行综合比选、布设。因为泥石流灾害在陡坡地形地貌条件下侧蚀两侧边坡时，边坡上覆第四纪松散堆积物源内部易发生顺坡向滑坡灾害；或在与下伏顺坡向岩层的土岩界面发生顺层滑坡灾害，甚至在顺坡向岩层内部达到饱水状态时发生顺层滑坡、崩塌等地质灾害。[6]
2）绵远河东岸的洞子沟、娃娃沟、滴洞沟、莹家沟、太阳沟等泥石流灾害与文家沟类似，均具备发育高位顺岩层不稳定斜坡或滑坡灾害的条件；防治上述泥石流灾害时，应先以山下居民避让、搬迁为预防原则，防止暴发类似于都江堰市中兴镇三溪村五里坡和茂县叠溪镇新磨村的高位山体滑坡灾害；再以疏为主、疏堵结合为治理原则（图12）。[6][7]
图12 “8.13”清平乡泥石流灾害地形地质图
3.2 综合比选文家沟泥石流灾害的防治方案
“8.13”文家沟泥石流灾害后，文家沟泥石流灾害的防治工程艰巨，通过综合比选方案，总体思路调整为：水砂分离、固护拦停、监测维护。防治的方案变更为：中游固坡排导；下游拦挡停淤；上游拦渣集水、侧向隧洞排水；具体如下：[2]
1）本着以疏为主，疏堵结合的治理原则，在文家沟海拔1300m～1000m四、三、二级台地处的中游滑坡碎屑流堆积区Ⅱ拓宽沟道，并回填、压实深切沟床，防止暴雨和洪水侧蚀边坡、下蚀沟床；[3]在沟道两侧沿纵向修筑钢筋混凝土排导槽、排水明沟，对泥石流进行减速；在1000～985m的二级台地前缘陡坡处修筑2座碾压式土石坝，进行分级支挡、减速泥石流（图13）。[2]
图13 “8.13”文家沟泥石流灾害防治设计平面图
2）吸取原拦挡坝被冲毁的教训，在文家沟下游沟口布设2座桩林格栅坝，拦挡上、中游泥石流堆积物中的碎石、块石；碎屑流被下游的排导槽、防冲分流堤、导流堤、围堤停留在停淤场。
3）吸取原密集谷坊坝群被冲毁的教训，在文家沟海拔1600m～1300m六、五级台地处的上游共布设5座拦渣坝，依次为2座格栅坝（拦挡主堆积区Ⅰ倾泻的块石）、1长2短SNS柔性网石笼堆石坝（拦截主堆积区Ⅰ、Ⅱ的碎石、砾石），使流出的泥石流变成含泥砂的洪水。
4）为了防止文家沟中、下游被激发、形成、暴发大规模泥石流，[3]在文家沟海拔1300m五级台地前缘陡坡处修筑下沉式沉砂集水池，并向北修筑排水隧洞，把上游的汇水排到1号支沟。
5）建立降雨监测与泥石流灾害预警系统。在每年雨季前和每次降雨后，清理、维护所有坝体、集水池、排导槽、停淤场；调查沟道周边边坡的稳定性，尽早安全处置不稳定斜坡或滑坡。[3]
3.3 文家沟泥石流灾害的防治效果
文家沟于2012年5月底完成了泥石流灾害防治的主体工程。2012年7月3日的日降雨量最大达330mm时，文家沟排导槽内无泥石流下泄，该泥石流灾害防治工程安全通过了首次检验。[2]在2012年汛期文家沟上游4、5号支沟均发生了小规模的泥石流灾害，5号支沟的冲出量相对较大，淤积在5号拦渣坝内，面积约1万m2，平均厚度约3m，体积达3万m3。幸未发现防治工程变形或受损。[4]今后，文家沟暴发大规模泥石流灾害的概率较小。
4 结论
1）2008年“5.12”汶川地震后文家沟发生5次泥石流灾害，尤其以“8.13”文家沟泥石流灾害的危害最为巨大。而地震前很难形成泥石流。
2）文家沟地层属于老新岩层倒转，寒武纪清平组（€1q）、泥盆纪观雾山组（D2gn）的岩层及顶子崖断层的倾向与区域构造相对应，主要倾向NW向，与坡向相近。“5.12”汶川地震时发生巨型高位顺岩层滑坡灾害，滑坡堆积体的主堆积区Ⅱ为泥石流灾害提供大量滑坡-碎屑流松散堆积物源。
3）“8.13”文家沟泥石流灾害的成因机制：1h降雨量超过30mm后暴发泥石流灾害，暴雨是泥石流灾害的激发因素。海拔1300m以上陡峻的地形地貌因素便于加快泥石流灾害的流速；加速下蚀沟床、侧蚀两侧边坡。“5.12”汶川地震时的滑坡主堆积区Ⅱ的大量滑坡-碎屑流松散堆积物源源不断地汇入沟道，不断发展成为规模巨大的泥石流灾害；地震对文家沟泥石流灾害发展规模的影响很大。
4）文家沟泥石流灾害的防治工程艰巨，应该明确防治原则，综合比选防治方案；对勘查与设计方案进行工程布设时，原则上应该结合泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害的成因机制进行综合比选、布设；文家沟具备发育高位顺岩层不稳定斜坡或滑坡灾害的条件，应先以山下居民避让、搬迁为预防原则，再以疏为主、疏堵结合为治理原则。通过综合比选方案，总体思路调整为：水砂分离、固护拦停、监测维护。防治的方案变更为：中游固坡排导；下游拦挡停淤；上游拦渣集水、侧向隧洞排水。
5）在2012年汛期文家沟上游4、5号支沟均发生了小规模的泥石流灾害，5号支沟的冲出量相对较大，淤积在5号拦渣坝内，幸未发现防治工程变形或受损。今后，文家沟暴发大规模泥石流灾害的概率较小。
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论文作者:经根东1,明成银2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/27
标签：泥石流论文; 灾害论文; 滑坡论文; 岩层论文; 堆积物论文; 平乡论文; 汶川论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;