極端條件下的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征(張永雙)

1、全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)報(bào)告,張 永 雙,,,極端條件下的地質(zhì)災(zāi)害特征,國(guó)土資源部新構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所二〇一〇年十一月十八日,一、前言 二、極端條件的涵義 三、極端條件下的地質(zhì)災(zāi)害特征 四、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治新理念 五、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì),匯報(bào)內(nèi)容,一、前 言,當(dāng)前，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害形勢(shì)嚴(yán)峻，今年的日子不好過(guò)，今年的地災(zāi)不尋常。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年1~10月份，我國(guó)發(fā)生地災(zāi)30466起，其中造成人

2、員傷亡的379起，共造成2909人死亡或失蹤，成為新中國(guó)以來(lái)?yè)p失最嚴(yán)重的一年。中央領(lǐng)導(dǎo)關(guān)于地質(zhì)災(zāi)害方面的批示達(dá)150余次，國(guó)務(wù)院還專(zhuān)門(mén)研究中小流域山洪地質(zhì)災(zāi)害防治指導(dǎo)意見(jiàn)，且把地質(zhì)災(zāi)害防治列入十二五規(guī)劃（尚屬首次）。如此嚴(yán)峻的形勢(shì)對(duì)我們提出了很高的要求，特別是極端條件下的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警研究值得關(guān)注。,2000—2010年全球十大自然災(zāi)害列表,2000—2010年全球重大地質(zhì)災(zāi)害簡(jiǎn)表,合計(jì)：13次；死亡人數(shù)：58148人,據(jù)吳樹(shù)仁，20

3、10,2010年我國(guó)重大地質(zhì)災(zāi)害事件一覽表,2010年1-10月，全國(guó)因地質(zhì)災(zāi)害總死亡失蹤2909余人，單次死亡10人以上的地質(zhì)災(zāi)害有16次（2270人）。,滑坡導(dǎo)致鐵路軌道明顯向外側(cè)移動(dòng)（370mm 、141mm/d）,,鷹廈線K75+950~+990路堤坍塌,河岸坍塌（滑坡）造成管道變形，損失不輕,,,二、極端條件的涵義,1. “極端”的一般解釋,◆ 事物發(fā)展的端點(diǎn)狀態(tài)（terminus）；,◆ 達(dá)到極點(diǎn)的，表示程度極高（extr

4、eme）。,2. 地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域?qū)Α皹O端條件”的詮釋?zhuān)?） 歷史上未出現(xiàn)過(guò)或至少超過(guò)50年一遇的條件，即超出人們想象能力或常人意識(shí)不到的條件（以前沒(méi)見(jiàn)過(guò)、也沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，美人谷的悲?。?1人被埋；災(zāi)害少的地區(qū)突然出現(xiàn)大量災(zāi)害，如海南今年1個(gè)月內(nèi)發(fā)生地災(zāi)215起，是前4年總和的一倍）。（2） 強(qiáng)烈地震（≥7.0級(jí)地震）誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，地震常被稱(chēng)為極端條件。（3） 大范圍（普遍性）的區(qū)域性災(zāi)害事件（如西南大范圍滑坡泥石流），全球氣候變暖也被

5、認(rèn)為是極端條件。,（4） 傷亡數(shù)量的極端：死亡人數(shù)超過(guò)30人/次。 （5）災(zāi)害本身特征的極端：高速遠(yuǎn)程超過(guò)一定閥值（貴州關(guān)嶺滑坡、重慶武隆雞尾山滑坡等）。,（據(jù)殷躍平，2009）,總體上看，極端條件在地質(zhì)災(zāi)害領(lǐng)域尚是一個(gè)寬泛、模糊的概念，也是相對(duì)的概念?？梢岳斫鉃椋合鄬?duì)于人們的認(rèn)識(shí)而言，超出常規(guī)的災(zāi)害誘發(fā)條件、災(zāi)情、災(zāi)害特點(diǎn)（今年出現(xiàn)新特點(diǎn)）等都可認(rèn)為是極端條件。,極端條件——地震、天氣，災(zāi)害鏈,三、極端條件下的地質(zhì)災(zāi)害特征,（一）地

6、震條件下的地質(zhì)災(zāi)害特征（二）極端天氣條件下的地質(zhì)災(zāi)害特征（三）震后G213國(guó)道邊坡成災(zāi)模式,（一）地震條件下的地質(zhì)災(zāi)害特征,,汶川地震誘發(fā)大型滑坡分布與活動(dòng)斷裂之間的關(guān)系,,汶川地震誘發(fā)大型滑坡分布與活動(dòng)斷裂之間的關(guān)系,,地震斷裂滑坡平臺(tái)特征1-斷裂；2-砂巖；3-泥質(zhì)巖；4-滑坡堆積物；5-階地編號(hào),陳家壩太洪村地震滑坡平臺(tái)的形成過(guò)程1-斷裂；2-絹云母片巖；3-滑坡堆積物；4-原地形線,σI ≥ σT + σG,地震滑坡-碎

7、屑流的分段特征,謝家店子滑坡啟動(dòng)和快速運(yùn)移過(guò)程模擬,1分鐘內(nèi)完成啟動(dòng)-運(yùn)移和堆積,臨災(zāi)逃生？大部分不可能！,怎么辦？災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理！加強(qiáng)選址工作.,根據(jù)塊體追蹤監(jiān)測(cè)，斷裂帶上盤(pán)滑體啟動(dòng)速度達(dá)80m/s以上。,,,根據(jù)四川強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)獲取的汶川地震133組三分向加速度記錄（周榮軍等，2010），發(fā)震斷裂附近加速度具有明顯的方向性效應(yīng)和上盤(pán)效應(yīng)，即沿破裂傳播的NE方向加速度峰值衰減顯著慢于SW方向，斷層NW上盤(pán)地震動(dòng)峰值衰減明顯慢于SE下盤(pán)，出現(xiàn)

8、系統(tǒng)性偏高現(xiàn)象。,這可以較好地解釋為何映秀以北大型滑坡規(guī)模大且多，以及斷裂附近放大效應(yīng)不顯著，而取決于斷裂的活動(dòng)方式（沖擊作用）。,（據(jù)黃潤(rùn)秋，2009）,地震地質(zhì)災(zāi)害的特征：1. 高速遠(yuǎn)程及潰決型特點(diǎn)2. 前兆不甚明顯3. 強(qiáng)震區(qū)斷裂活動(dòng)與大型滑坡關(guān)系明顯4. 災(zāi)害的擴(kuò)散性—危害范圍加大5. 災(zāi)害鏈，災(zāi)害類(lèi)型多樣，群發(fā)、相互促發(fā)。6. 長(zhǎng)期性，10年—20年。汶川地災(zāi)恢復(fù)期大約需要20年的觀點(diǎn)（黃潤(rùn)秋，2010）是合理

9、的，并非危言聳聽(tīng)（震后地災(zāi)的滯后性）。,,啟 示：1. 加強(qiáng)山區(qū)活動(dòng)斷裂及其活動(dòng)方式的調(diào)查2. 加強(qiáng)斜坡風(fēng)化卸荷帶的調(diào)查和研究——風(fēng)化卸荷帶影響著地震滑坡的規(guī)模、物源量和啟動(dòng)機(jī)制。3. 在區(qū)域上，構(gòu)造地貌演化與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生有密切的關(guān)系：構(gòu)造隆升-剝蝕-風(fēng)化卸荷-崩滑流，是必然規(guī)律。如何將這一規(guī)律用于地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)，值得進(jìn)一步研究。,（二）極端天氣條件下的災(zāi)害特征,1、甘肅舟曲泥石流2、 貴州關(guān)嶺滑坡3、臺(tái)灣小林村滑坡4、清平

10、鄉(xiāng)文家溝泥石流,1、舟曲泥石流 （2010 -8-8）,It’s one of the deadest debris flow in the world, 1765 fatalities, about 20,000 people homeless.,,光蓋山斷裂帶,局地降雨遠(yuǎn)離城區(qū)，但危及城區(qū),降水：舟曲氣象站建站以來(lái)，日最大降水量 63.3mm。東山站測(cè)到：“8.8”泥石流災(zāi)害時(shí)2h雨量93.3mm，其中1h雨強(qiáng)達(dá)到77.6mm 。

11、地震活動(dòng)：歷史地震頻發(fā)，186BC武都7級(jí)地震，1879年武都8級(jí)地震，2008.5.12汶川地震。,三眼峪泥石流災(zāi)害降雨量表,縣城及附近東山站累積降雨量,溝谷坡降平均30%，最大達(dá)60%以上。出山后坡降為11%。短徑流，高洪峰。,2、貴州關(guān)嶺滑坡（2010-6-28）,,流通區(qū)：上寬下窄,,大寨組16戶被埋，剩余28戶,,,,大寨組16戶居民房屋被推移覆蓋掩埋。,小林村滑坡在同一地區(qū)導(dǎo)致復(fù)合型災(zāi)害：淹水淺層崩塌土石流深層滑崩

12、堰塞湖形成堰塞湖潰決,3、臺(tái)灣小林村滑坡（ 2009.8.8 ）,累積雨量： 2,076 mm 崩塌面積： 350 公頃 崩塌土方量： 950 萬(wàn)m3 死亡或失蹤： 457 人,據(jù)臺(tái)灣吳輝龍博士,莫拉克臺(tái)風(fēng)后,莫拉克臺(tái)風(fēng)前,,,,,,Chishan River,底圖資料取自：Google earth,,,,,,,,,Chishan River,,,Why?,2009/8,2008/11,8月12日下午18時(shí)至13日凌晨4

13、時(shí)，四川綿市清平鄉(xiāng)出現(xiàn)局地大暴雨, 降雨過(guò)程總雨量達(dá)到227mm，引發(fā)泥石流，造成14人遇難/失蹤，33人受傷。泥石流大范圍損毀和掩埋了清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)，造成379戶房屋受損，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)6億元?,成 功 預(yù) 警,4、清平文家溝泥石流（2010-8-13）,文家溝,被填平的綿遠(yuǎn)河,,被填平的綿遠(yuǎn)河,,被掩埋的3層樓房,,,清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn),幸福大橋,老大橋,8.13特大泥石流后的清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)）,清平鄉(xiāng)8.13特大泥石流淤埋清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)（

14、鏡頭向上游）,清平鄉(xiāng)8.13特大泥石流淤埋清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)（鏡頭向下游）,清平鄉(xiāng)8.13特大泥石流淤埋清平鄉(xiāng)場(chǎng)鎮(zhèn)對(duì)岸,（1）共同點(diǎn)：極端天氣條件誘發(fā)災(zāi)害，除了外在因素外，都與地質(zhì)因素（斜坡結(jié)構(gòu)、巖體結(jié)構(gòu)、地形地貌等）有關(guān)。 （2）泥石流成為震后最重的災(zāi)種：先滑后流、先潰再流，對(duì)泥石流溝應(yīng)再做甄別。 （3）重視泥石流碎屑物的物質(zhì)組成（特別是粘粒含量），在一定程度上制約著啟動(dòng)時(shí)機(jī)和致災(zāi)后果。 （4）對(duì)地災(zāi)的認(rèn)識(shí)

15、有經(jīng)驗(yàn)積累問(wèn)題，見(jiàn)和沒(méi)見(jiàn)大不一樣。如高速遠(yuǎn)程滑坡沒(méi)見(jiàn)過(guò)就很難想象，真正親眼見(jiàn)過(guò)的極少，見(jiàn)過(guò)就沒(méi)命了。因此進(jìn)行全國(guó)性的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)交流很必要。,啟 示,（三）震后G213國(guó)道邊坡成災(zāi)模式,1、緩傾蠕滑型坡積物滑坡（斜坡）與震前差異不大,2. 高位泥石流比較多見(jiàn)（類(lèi)似紅椿溝泥石流）,3. 高位滑坡在坡肩殘留的堆積體對(duì)下方公路構(gòu)成威脅,4. 邊坡中上部巖體結(jié)構(gòu)損傷（震松巖體），易導(dǎo)致崩塌、滑坡——何時(shí)發(fā)生？存在滯后性（災(zāi)害鏈），應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)松弛

16、帶及卸荷帶的調(diào)查和研究。,5. 斷裂帶經(jīng)過(guò)的斜坡及軟弱巖體斜坡，存在綜合隱患。如：斷裂從斜坡中部通過(guò)時(shí)，易出現(xiàn)推移式滑坡，而非牽引式。,降 雨,6. 震后填方路堤邊坡，易產(chǎn)生滑坡或坍岸,四、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治新理念,,地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)方法,1、簡(jiǎn)易觀測(cè)技術(shù)方法2、簡(jiǎn)易有線監(jiān)測(cè)預(yù)警器材3、無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)4、地質(zhì)災(zāi)害多參數(shù)監(jiān)測(cè)傳輸預(yù)警系統(tǒng),,埋樁法測(cè)量滑坡體后緣位移量,拉線式滑坡伸縮儀監(jiān)測(cè)原理圖,（1）崩塌滑坡多點(diǎn)無(wú)

17、線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（2）泥石流泥水位無(wú)線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（3）泥石流地聲無(wú)線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（4）超聲波泥位無(wú)線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)（5）泥石流視頻監(jiān)視系統(tǒng),無(wú)線、遠(yuǎn)程、可視的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),崩塌滑坡多點(diǎn)無(wú)線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),1-2公里,泥石流地聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警示意,,,受泥石流威脅,泥石流監(jiān)測(cè)預(yù)警方案,方案：雨量計(jì)+地聲報(bào)警儀+無(wú)線報(bào)警監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：降雨強(qiáng)度、泥石流震動(dòng)要求：預(yù)警觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在1~2km之外的必經(jīng)之地。,地質(zhì)災(zāi)害光纖遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)

18、預(yù)警系統(tǒng),可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸泥石流、滑坡的監(jiān)視圖像、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警信號(hào)，距離可達(dá)20－40公里。,泥石流視頻監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng),無(wú)線，≤10公里,重大泥石流隱患遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警,對(duì)可能暴發(fā)大規(guī)模泥石流溝谷，采用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，可以對(duì)局地降雨量、泥石流暴發(fā)的地聲、泥位、暴發(fā)影像進(jìn)行全天候動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，達(dá)到自動(dòng)實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)的目的。,五、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和體會(huì),1. 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和防治需要新的思路。群測(cè)群防體系發(fā)揮了重要作用，但是要完善和提升監(jiān)測(cè)預(yù)警方法和手段。

19、 2. 在極端降雨、地震等條件下，當(dāng)滑坡具備碎屑流特征時(shí)，其安全避讓范圍應(yīng)適當(dāng)增加（如增加約1/3-1/2的距離，并且計(jì)算所采用的等效摩擦角應(yīng)降低）。,等效摩擦角通常為30~40°,能量線,（Scheidegger A.E., 1973）,典型滑坡滑距、高差與等效摩擦角示意圖,（據(jù)殷躍平，2010）,（據(jù)殷躍平，2009）,據(jù)殷躍平（2010）,,3. 工程建設(shè)速度不宜過(guò)快，應(yīng)科學(xué)有序推進(jìn)。近期發(fā)生的一系列地質(zhì)災(zāi)