0 引言
我国是一个多山的国家, 山地、丘陵和比较崎岖的高原占全国总面积的2/3,加之我国处在特殊的地质构造带上,我国也成为世界上地质灾害最为严重的国家之一。由于地震难以预测,来得突然,往往会在极短的时间造成巨大的人员和经济损失。总结近百年来国内外地震灾害教训,一个不容忽视的问题是,强烈地震不仅使建(构)筑物破坏倒塌,造成大量的人员伤亡和经济损失,还常常引发火灾、水灾(海啸、水库垮坝等)、传染性疾病(如瘟疫)、毒气泄漏与扩散(含放射性物质)、爆炸、滑坡、泥石流、停产、生命线工程被破坏(通讯、交通、供水、供电等)、社会动乱等一系列次生灾害,有时地震次生灾害的损失甚至超过了地震直接灾害。
地震所造成的次生地质灾害具有类型多、分布广、成灾强度高、延续时间长及反复性大等特点,在我国西部地区,由于地形起伏而导致的地震滑坡灾害也往往更加严重。震后次生地质灾害给灾区人民群众生命和财产安全带来巨大威胁,如2008年“5·12”汶川地震新诱发次生山地灾害点达5094处(其中滑坡1701处,崩塌1866处,泥石流304处,不稳定斜坡1093处,地面塌陷21处,地裂缝123处),而未探明的潜在山地灾害数量不可估量。这些次生灾害不仅加重了灾情,而且加大了抗震救灾、应急救援和恢复重建的难度,因此地震诱发次生山地灾害应引起高度重视。
1 震后工程主要次生灾害特点
地震次生灾害指在地震中由于地震作用导致的地质、地貌动力过程及其灾害效应, 包括地震中直接导致的次生灾害和地震以后相当一段时期内发生的次生灾害, 主要有岩崩、崩塌、滑坡、地面形变(隆起、错动、旋扭、地裂缝、沉陷等)、喷沙冒水、砂土液化、泥石流(含水石流)、堰塞湖、洪水等。
1.1 产生原因及特点
(1)地震崩塌是陡坡上大块的多裂隙岩体在地震力和重力作用下突然崩落的物理地质现象。地震滑坡是斜坡上不稳定的土体或岩体在地震力和重力作用下沿一定的滑动面或滑动带整体向下滑动的物理地质现象。地震引发滑坡和崩塌的原因不外两个方面,一是地震巨大的冲击力增加了剪切应力,再是地震裂隙改变了地下水的径流,造成了抗剪强度的降低,因而形成了岩体的崩落和山体的滑动。地震泥石流是山地在地震时爆发的饱含大量泥沙、石块的洪流,其形成条件是(地形陡峻,地震破坏山体造成丰富的松散物质,地震改变地下水径流、破坏水利工程或引起冰、雪甘崩塌提供充足的水源)。
(2)崩塌、滑坡和泥石流多发生在山间谷坡和河岸斜坡地区,深风化和易风化岩体、裸露地和稀疏覆盖地比较容易产生。
(3)据我国一些地区的地震和地震崩塌、滑坡和泥石流的统计,地震的活动周期和崩塌、滑坡和泥石流的活动周期有较密切的相关性。地震的巨大冲击力, 一方面诱发崩塌、滑坡和泥石流的发生,称之为同发型崩塌、滑坡、泥石流,另一方面,地震使斜坡产生新的破坏,为新的崩塌、滑坡和泥石流创造了条件继地震后这些灾害陆续发生,称之为后发型崩塌、滑坡、泥石流。
(4)地震崩塌、滑坡和泥石流受地质构造和地震烈度的控制。一般断层通过的地带发生这类灾害较多,大多数灾害分布在七度以上烈度区。
(5)地震崩塌、滑坡和泥石流还受降雨的影响。在雨季的地震,同发型灾害较多。在干旱季的地震,待降雨后发生灾害较多。
(6)地震崩塌、滑坡和泥石流灾害活动面广、量大、搬运距离远,并可多沟同时爆发,造成灾害大,有时可造成诸如水灾等一些其他灾害。
(7)地震水灾的特点:危险主要来自地震滑坡、泥石流或水利工程设施的破坏。多发生在雨季,雨季发生的地震,极易产生滑坡、泥石流,地震水灾造成损失严重、水害分布广,水灾的受灾区域为山区的湖泊、水库、河流的沿岸及其下游区;水害的受灾区域主要为盆地、平原。
1.2 崩塌(岩崩、滚石)
地震期间,震动荷载作用于工程不稳定岩体及环境边坡,使岩体在重力作用下,沿着结构面发生变形位移,形成崩塌和岩崩。地震崩塌的类型有:倾倒式崩塌、滑移式崩塌、错断式崩塌和各种形式的落石(直落式、直落跳跃式、滑落式和滚落式等)。大量的崩积物堆积在崩塌壁前的河谷底部,为后期水石流的发生提供了物质条件。
崩塌发生部位往往具有选择性,即通常发生在对地震波有明显放大效应的部位:如河谷中上部坡型转折部位,单薄山脊部位和多面临空的孤立山体部位等。
1.3 滑坡
在一次强烈的地震活动中,由于强烈的地震导致的次生滑坡灾害影响因素既有地震本身引起的惯性力和其它因素共同引起的抗剪能力降低,而且也与边坡所处的区域地质环境、地质背景、坡体结构类型、地形地貌条件、水文地质条件以及发震时的降雨、融雪等各种因素密切相关,不同地区的地震其诱发的次生滑坡的灾害特点也不尽相同。
地震引起的滑坡在地区上的分布主要取决于两方面的因素:一方面要比较高的烈度地震区,这些区域一般都紧邻强烈地震活动带;另一方面要具有适宜滑坡发生的地形地貌条件,即有不稳定的山坡。大地震经常引发大的滑坡灾害, 在相同条件下,地震震级越大,诱发滑坡和泥石流的面积也越大,有的是与地震同时发生, 有的是滞后一段时间发生, 地震还能使老滑坡复活。地震类型中“群震型”的地震要比“主震余震型”的地震诱发的滑坡危险性大,规模也大,原因是地震的强烈作用使斜坡岩土的内部结构发生破坏和变化,原有的结构面(或层面)张裂、松弛,加上地下水也有较大变化,特别是地下水位的突然升高或降低对斜坡稳定很不利,极易引发滑坡。另外发生的数百数千次余震,在地震力的反复振动冲击下,斜坡岩土体就更容易发生变形,最终发展为滑坡。
1.4 泥石流
地震导致的大面积、数量众多的山体滑坡、崩塌,直接为震后的泥石流提供了极为丰富的松散固体物质来源。由于强震引发松散固体物质的剧增、地表植被破坏引起径汇流条件的变化、沟道性质的变化及沟道内形成的多级堵塞,使这些泥石流沟在今后较长一段时间内处于活跃期, 同时泥石流暴发规模和频率显著增加。资料统计震后泥石流次生灾害的活跃性、危害的延续时间都远远超过其他类型的地质灾害,极大的危害灾区人民生命财产安全, 特别是城镇、村庄、道路、水利水电工程和农田等。
震后泥石流成因具有以下特征:①直接转化型:没有沟道,仅有坡面的水流汇集,滑坡直接转化成泥石流;②间接转化型:有沟道,暴雨冲刷崩塌滑坡等松散体,通过沟道汇集形成泥石流,滑坡间接转化成泥石流;③堵塞溃决型:有沟道,沟道有一处或多处被滑坡崩塌物严重堵塞,滑坡堵塞溃决后溃决洪水演化成泥石流。
1.5 堰塞湖
堰塞湖是指地震后引起的大规模山体滑坡, 河水冲击泥土、山石而造成堆积,堵截河谷或河床后贮水而形成的湖泊。堰塞湖形成过程: ①原有的水系;②原有水系被堵塞物堵住;③河谷、河床被堵塞后, 流水聚集并且往四周漫溢;④储水到一定程度便形成堰塞湖。
1.6 涌浪
地震滑坡、泥石流填入湖泊、水库山区的湖泊,使水位上升、外流形成灾害。如地震波在水体传递过程中,水面会形成波浪,如果在海水中就发生海啸,而在湖水中就形成涌浪。汶川地震时紫坪铺库水面形成地震涌浪,涌浪到达前,岸边水位急剧下降,而后涌浪迅速到来,浪高达2~3m,席卷库岸,造成水边垂钓人员重大伤亡。
1.7 洪水
地震滑坡、泥石流急剧倾入湖泊、水库, 使湖水、库水溢出成灾。地震破坏堤坝造成决口成灾,水库水坝出现裂缝可能导致库水泛滥。
1.8 砂土液化
砂土液化是一种破坏性非常强并具有一定区域性的地震灾害。在地震作用下,饱和非粘性土受到强烈震动,抗剪强度丧失,整个土体处于悬浮状态。影响砂土液化最主要的因素有:土颗粒粒径、砂土密实度、上覆盖层土层厚度、土面震动强度和地面震动的持续时间及地下水的埋藏深度。
1.9 软土震陷
软土震陷是软土在地震快速而频繁的加荷作用下,土体的结构受到扰动,导致软土层塑性区的扩大或强度的降低,从而使建筑物产生附加沉降。
1.10 地陷
地震作用下地下洞穴或采空区的塌陷;或者地震造成地下或者地表空洞,在降水或其它地表水的作用下形成地陷。
1.11 其它
地震破坏水利工程,形成水害;地震破坏矿井涌水;地震海啸引起沿海水灾等。