(4)液化构造:滑坡因地震而发生时,被液化的地下砂层沿裂隙入侵,充填砂的砂脉也可在地震发生过程中进一步变形,形成弯弯曲曲的砂脉(管)(参阅第十一章(第三节))。
李有利等(1993)认为郇堡滑坡之地质、地貌条件及滑动方式,是一个复杂的综合体,类似图云根滑坡分裂机制(Seedetal,1967)。由此图揭示一个事实,即愈是块体亚相发育的滑坡堆积其堆积构造愈发育,郇堡滑坡是一个典型,可以根据种种构造类型及其分布部位大致恢复滑坡的滑动过程。而如果相反,高程大、滑程长使滑坡块体皆粉碎成碎屑亚相或液化成泥石流则使滑坡构造特征体现较少,如云南东川大梨树台滑坡,翻过出口处的陡坎以后(图614;照片63,照片64),碎屑亚相全面铺开,散布很大面积。其中首先出现明显被挤压的1m直径的显扁圆的透镜体群,进而在末端形成向前方突出的弧形舌,舌体布满半月形的推压脊和剪切槽,槽处即推挤造成的剪切面,构成一个大型叠瓦构造。显示出与郇堡滑坡不同的堆积构造系列。这再次说明,根据堆积构造可以恢复滑坡的类型和过程。
二、滑坡堆积显微结构与成因机制分析
1.滑动面类型与特征
据方小敏等(1989)研究,滑坡微结构与滑坡滑动面宏观特征相似,微观上它也表现出三种类型,即粒界面、粗滑面和磨光面,它们依次分布于滑坡上部、中部和底部。指示不同的力学性质、破裂方式和滑动特征,是滑坡演化不同阶段的产物。
粒界面是滑坡形成中后壁拉张裂缝的表面,其面粗糙度不同,结构基本未遭扰动,断裂仅沿颗粒之间发育和扩展,因此,它是一种张性破裂。
磨光面为一平坦、光滑的表面,由一系列紧密排列的黏土矿物和云母大晶片组成,构成滑动面破碎层上层。它是在滑坡扩展期和暴发期中因滑体间强烈剪切摩擦所为。
粗滑面是介于上述两者间的一种过渡型滑动面,代表一种剪应力或弱剪切作用的产物。其表面物质有一定破碎、压实。
2.滑动面表面微形态
在滑动面上发育有许多微形态,它们成因上密切相关,配套出现,规律地分布在不同类型的滑动面及滑坡的不同部位。其中常见的微形貌有以下几种。
擦痕主要分布于磨光面上,主要为密集均匀的直线状擦痕,常几组交织分布,也有呈波状形态或是呈串珠状或是轮胎花样状的擦痕。线状擦痕反映一种稳定的剪切摩擦,而串珠状等擦痕多反映一种不稳定的滑移。利用滑体中红土所做的剪切实验表明其断口产生了大量类似的擦伤痕迹。不稳定滑移在岩石和金属断口上也多产生轮胎花样状等擦痕。
3.滑坡机理与滑坡裂隙渐进扩展
方小敏等(1989)指出从宏观上,曾有人提出滑坡渐进扩展模型,通过微观分析,发现滑坡的微观机理与它的宏观表现是一致的。任一斜坡在构造应力场和自重应力场作用下,在坡趾处将有弹性应力集中。当应力足够强和连续作用时正在坡趾的物质将首先达到强度极限而发生塑性变形。如洒勒山滑坡,其坡脚老滑动面是最先出现剪切蠕滑的地段。微观上坡脚应力集中首先表现在孔隙和微裂隙附近,孔隙被逐渐蠕变和拉长,同时伴有少量矿物的碎裂流动。土体为保持力学平衡,一俟塑性变形产生,它将向斜坡内部发展。当变形扩展到斜坡某一部位时,潜滑面上形变位移所导致的其上土体的推挤力将转化成张应力,在坡顶产生张裂缝。这一阶段称为滑坡的孕育期。随后,滑坡进入以破裂面(包括坡顶拉张裂隙)的大量形成和扩展为主的扩展期。沿潜滑面附近,土体继续剪切蠕变,致使许多孔隙最终被拉断,形成新月形等坑和一系列大致沿一个方向分布的粗糙裂隙面P0,擦痕、磨光面逐步产生,矿物进一步碎裂流动、定向。虽以稳滑为主,但伴有小规模黏滑,形成阶步和串珠状等特殊擦痕。随后能量进一步向深处的残余土体积累(坡顶张裂隙也同时向残余土体扩展),当达到临界状态时裂隙扩展并与顶部张裂隙贯通,能量瞬息释放,滑坡进入暴发期。在滑体运动中,快速强烈的剪切摩擦强化了扩展期中的显微过程,矿物得以完全均匀的磨细和定向。破裂面大发展并使其中矿物也遭受强烈磨细和定向,产生新的破裂面P1、P2。三价铁被还原,黏土矿物脱水脆化、再结晶,甚至使局部石英熔化,滑面三元结构组合形成。整个滑坡显微过程与特征。
(第五节)一种特殊的滑坡类型——蠕动滑坡和堆积
一、土层和岩层蠕动
土层蠕动是斜坡上的碎屑或土壤颗粒极其缓慢地向坡下移动的过程,这种过程只有经过长时间的作用才能产生人们可以察觉的效果,如斜坡上各种物体产生的变形(喻学文,1989)。
土层蠕动可由下述因素引起:土壤水分和温度的变化(冻融作用)所引起的表土层土壤颗粒的有规则的反复的向下移动,生物的践踏、植被的生长或地震引起的无规则移动,以及顺坡向下的剪应力的连续作用。
土层蠕动不论在寒带、温带或热带地区都可能发生。在寒带地区,冬天地面冻结膨胀,土壤中的颗粒随地面膨胀而沿垂直坡面的方向上升;解冻时,地面恢复到原来的位置,但颗粒受到重力的作用较原来的位置而向下移动了一定距离。如此反复,坡面上的颗粒将不断向下移动。在日夜温差或湿度变化大的地区,斜坡上的碎屑颗粒因温度或湿度的变化而改变其体积。当碎屑颗粒体积膨胀时,颗粒间相互挤压,碎屑被挤出原来位置:碎屑体积收缩到原来体积时,又由于重力的作用而向下移动(参阅第二章(第七节))。
坡面上碎屑被湿润后沿坡向下缓慢蠕动,会形成土溜。土溜包括两种:融冻土溜和泻溜。融冻土溜主要发生在冻土区,夏季时冻土层表面融解,下部仍为冻结层,融解的土层饱含水分,塑性大大增强,在重力作用下沿斜坡产生缓慢蠕动。在黄土高原泻溜和土溜是很常见的过程。土溜可以在很缓的坡地上发生,运动速度很缓慢,在坡上常形成土溜阶坎,泻溜则很快,散堆在坡脚,形成坡积裙。
上述坡地广泛存在的一种面状蠕动现象,不易产生人们能够察觉的形象效果。但如果此类蠕动集中在某一特定条件下,就表现为有一定蠕动效果的滑坡。这还是一类比较快的蠕动滑坡。最典型的缓慢蠕动滑坡则是甘肃宕昌的化马蠕动滑坡。它早在20世纪初期就已存在,80—90年代作者去现场观测时已有近百年历史。它一直蠕动着,基本保持着“收入”和“支出”的平衡,可谓一奇迹。但类似的蠕动滑坡也还是多见的。
或相同。
它们多经历一个较长期的蠕动过程,在滑出贯通前会积蓄巨大压力。在滑坡体内形成一系列摺曲和剪断,并在滑坡体上面形成上凸的阶坎,而一旦剪出出口后,多数阶坎便会消失,在此蠕动只是一个阶段,所以这和后面要提到的持续性蠕动滑坡是不同的,几乎是一个全过程。
在滑坡堆积的众多亚相中,尽管滑坡—泥石流亚相分布很广,但一旦确定堆积成因就按泥石流堆积特征辨认,问题还是较易解决的;然而蠕动滑坡却自成体系,故需另予阐述。20世纪90年代倪振行在甘肃舟曲发现了一种特殊类型的滑坡——塑性蠕动滑坡(plasticcreeplandslide)。它发生在山区,由山崩、滑坡及表土蠕动等过程补给物质,具有塑性变形的力学机制;是一种在一定的土水条件下岩、土体位于塑限附近时,受剪切力作用发生缓慢运动的地貌形态。塑性体具有容重高(≥2.5t/m3),含水量少(13.5%—24.42%),运动速度慢(每天数厘米),普遍形成侧脊堤和张性裂隙等特点,且运动中时有加速现象,称塑性蠕动滑坡跃动,在许多方面它有着类似于冰川的结构和力学性质。倪振行称之为塑性泥石流,作者称之为蠕动滑坡(喻学文,1989)。
关于块体运动的研究,近年来已取得了很大的进展。学者们把块体运动分为崩塌(falls)、滑动(slides)和流动(flows)等。1989—1990年,倪振行(1)通过对青藏高原东北边缘地区的白龙江流域的多次考察及系统采样分析,提出一种特殊类型的滑坡,有着崩塌常态滑坡、各类泥石流所没有的形态、堆积特征及运动性质。此种蠕动滑坡其蠕动已是常态,几乎占据全过程,而并非作为滑坡的一个阶段。
二、塑性蠕动滑坡及其形成环境
甘肃陇南地区的白龙江流域位于青藏高原东北边缘我国最高的地形阶梯与中阶梯的过渡带上,山高谷深,构造活动强烈,岩石破碎,垂直自然带复杂,为各种块体运动提供了良好的环境条件。据倪振行考察(1989),白龙江蠕滑体体积达2.5×106m3以上,主要是志留系灰黄色绢云母片岩、碳质千枚岩等,褶皱及变质作用使其劈理、片理、揉皱、层向错动异常发育,风化壳很厚;于1963年9月14日发生滑动,堵塞白龙江,曾形成天然水库(6×106m3水),迄今已不停的蠕滑近50年,可以说是自然界的奇观。
塑性蠕动滑坡,上部海拔高度为1600—1800m,是区域的宽谷面所在(图618),有大量黄土状物质或松散碎屑物。滑坡舌部伸抵白龙江河床,海拔1280m,河流对舌部前端的不断侵蚀和搬运是其得以缓慢并持续运动的一个重要条件。蠕动滑坡的发育对坡度的要求较为严格,一般在10°—30°。当地形坡度太大时,坡地上松散碎屑物质难于积累,一般仅能发生崩塌和常态滑坡;而当坡度较小时,虽然松散的物质能够积累,因重力沿坡向下的分量较小,纵使岩、土体处于蠕动区内,也难于发生蠕动变形。黏土矿物分析发现,组成物质的蒙脱石类黏土矿物含量较高,当含水量在100%—400%时,矿物即位于塑性区,而黏土矿物和岩、土体组成的塑性物质为13.5%—24.4%的含水量。
较多的2∶1型矿物使滑坡体的膨胀量大,持水上限也大,因此有利于蠕动滑坡发育。此外,在其形成过程中,合适的降水是又一重要条件。冬春的冻融过程也起着不可忽视的作用。它只要求强度小但持续时间长的阴雨天气,这样水分才能充分被岩土吸收。
据倪振行观测(1989),化马蠕动滑坡的源头经常得到崩塌、表土蠕动和常态滑坡等过程的物质补给,其形成区、流通区和堆积区的平面形态分隔并不明显(图619),整个块体表面虽被许多裂隙分隔,但基本上为一整体,具有整体运动性质。长度为2236m,体积为8万—10万m3,平均宽62m,其中上游段宽40—50m,中游段宽50—70m,下游端宽70—80m;纵比降平均181.82‰,在纵剖面上陡坎处可达300‰。整个块体处于一整体链式应力状态下不断产生蠕动,此滑坡也有统一的滑动面。但其准整体结构为各类常态滑坡所没有。
三、塑性蠕动滑坡的地貌与堆积特征
据倪振行(1989)研究有以下几点。
1.侧脊堤
该蠕动滑坡的侧脊堤十分典型,有内外两列(图618),北侧较南侧发育,南侧的外侧脊堤高出蠕流体地面11m,内侧脊堤高出约4m;北侧的外侧脊堤高出约12m,内侧脊堤高出约6m,两者间距11m。
根据侧脊堤的形态和结构特征分析,侧脊堤的形成可能是在块体流动过程中,侧边摩擦阻力较大,运动速度较慢;而中间部分阻力较小,运动速度相对较快;运动较快的中间部分也对两侧产生侧向推挤作用,并使其抬高,形成堤状地形,很类似冰川的性状。每一列侧脊堤的存在可能代表一次蠕动滑坡的周期性活动。
2.纵剖面上的阶坎和裂隙系统
化马蠕动滑坡纵断面上有五级阶坎,分别记为W1、W2、W3、W4、W5,高差分别是60m、25m、80m、20m、50m。阶坎处多分布有拉张裂隙,而底部多剪切裂隙,表现出推挤的性质。这些坡坎亦是此块体具有塑性的表征。可能的原因是当块体在较陡的地形上运动时,由于重力的坡向分量较大,运动速度较快,表面受压便抬升上拥,形成陡坎。此处是压缩流为主,如W1、W3和W5等地上侧部分形成剪切挤压断裂;而陡坎下侧则处在伸张流条件下,形成拉张裂隙。拉张裂隙的宽度一般为40—50cm,平均深度15—25cm,最深可达132cm。当此块体在相对平坦地段运动时,仍处于压缩流的控制下,其上部物质对其下部施加挤压作用,常常致使块体发生褶皱变形;当挤压力大于此块体的抗剪强度时,则块体便破裂形成剪切裂隙。在其舌部尤为发育,经常成组出现。块体内大砾石在挤压作用下经常沿剪切面仰冲而出,呈一定的定向排列,ab面倾向上游,就像天山1号冰川等剪切面上露出的砾石成排出现一样。也常见到在剪切面上有砾石直立。这种伸张流与压缩流的交替,十分类似冰川运动性质,由此再次证明该类块体具有塑性或准塑性体的性质。
3.刻槽