从20世纪50年代起,国内外学者开始针对滚石灾害开展相关研究工作。已有研究主要集中于不考虑地震因素下的滚石运动轨迹、公路沿线遭遇滚石灾害风险性分析、滚石致灾距离、滚石灾害防护系统等问题(张路青,2004; 赵旭,刘汉东,2005)。震害调查研究结果表明,地震引发的滚石灾害不容忽视,它可堵塞道路、妨碍地震应急救援工作顺利开展,甚至会危及到人民的生命财产安全。这类震害在邢台地震、通海地震、炉霍地震、昭通地震、松潘地震、澜沧—耿马地震、民乐地震、岷县地震、昆仑山口西8.1级地震、普洱地震、大姚地震中都有震例可考(国家地震局兰州地震研究所,1976,1980、1985; 宋瑞祥等,2003; 非明伦等,2006; 付正新等,2005)。对这样严重的地震滚石灾害,我们目前的相关研究还不够。

目前,对地震动荷载作用下高危岩质边坡稳定性的研究多关注于边坡整体稳定性、坡体失稳防治等方面(薄景山,2005)。对此类边坡在地震动荷载作用下大块岩石滚落造成的道路交通设施瘫痪、人身伤亡以及其它次生灾害皆尚未引起学界的足够重视,地震引发滚石的块体运动规律、滚落岩体的防护措施等极具针对性的研究依然欠缺。系统阐述地震滚石灾害的危害作用,加大地震动荷载引发滚石灾害的动力机制以及相应整治、防护措施等方面的研究工作,是有效解决地震滚石灾害的根本途径。

我国西部山区强震较多,加之地质构造复杂、地形地貌多样,地震灾害在该区的表现形式多样复杂,地震滚石灾害就是其中的一类典型震害。在西部山区加快经济发展、加大基础设施投入的时期,这种地震灾害将使该地区的基础设施安全性、正常社会秩序、经济发展进度等面临更为严峻的挑战。因此,开展地震动荷载作用下滚石灾害基本特征研究,对减缓西部山区防震减灾工作的潜在压力具有现实意义,为地震滚石灾害的动力机制、防护措施等研究的深入开展起到铺垫作用。

地震滚石灾害的潜在危害巨大,该类震害多会造成较大经济损失。1966年3月8日和22日,河北隆尧分别发生6.8级和7.2级地震,邢台、石家庄、邯郸、保定4个地区发生山石崩塌361处,山崩飞石撞击引起火灾22处,烧山3 000亩。1970年1月5日云南通海7.7级地震,致使曲江河谷发生滚石灾害数十处,河道阻塞,道路损毁。1973年2月6日四川炉霍县7.9级地震,使公路沿线的边坡出现不同规模的滚石灾害,严重影响了公路交通的顺畅。1974年5月11日云南昭通地区7.1级地震,在极震区和VIII度区诱发较多滚石灾害,砸毁农田、房屋,击伤人畜。1976年8月16日和23日四川省北部松潘、平武之间7.2级地震,由于震区岩石破碎、风化严重,加之震后连续暴雨,滚石灾害严重,使得交通阻塞、河流壅塞、房屋被毁、大量农田受损。1988年l1月6日云南澜沧—耿马7.6级地震,国防公路遭受地震滚石掩埋长度达10 km,并使路过的汽车和行人受害。

历史上,甘肃地区的地震滚石灾害也十分严重(表1)(兰州地震研究所,1985,1987,1989; 国家地震局震害防御司,1995)。

表1 地震引发滚石灾害历史资料(甘肃地区)
Tab.1 Historical records about rockfall hazards induced by earthquake in the region of Gansu province

地震诱发的滚石包含一个或多个块石不等。一般地,当地震引发的滚石在运动过程中对人、交通设施或工具、建(构)筑物或人类依存的环境等造成伤害、破坏或影响时即可称之为地震滚石灾害。

地震滚石灾害的表现方式,可概括如下:

(1)滚石以直接冲击的方式损坏运输线路并对附近活动的人员、车辆、生活设施及建筑物的安全构成威胁(非明伦等,2006);

(2)地震滚石以在路面上停留或堆积的方式影响来往车辆的安全运行或阻碍交通;

(3)山区城市的地震滚石活动会威胁到人们的生产、生活及相应的设施(国家地震局兰州地震研究所,1985,1987,1989; 国家地震局震害防御司,1995);

(4)水电站建设、采石场、露天矿山等的开挖活动可形成人工高边坡,而这些边坡上发生的地震滚石会严重影响施工人员和有关设施的安全(赵旭,刘汉东,2005);

(5)很多旅游资源位于高山、峻岭、峡谷等滚石易发区,地震滚石活动会对游客的安全造成威胁(张路青,2004);

(6)在山区地表附近布置的重要管线、油罐、有害物质隔离层等有可能受到地震滚石冲击的影响(张路青,2004);

(7)地震诱发的大量滚石堆积会堵塞河道,致使鱼类回游困难,造成鱼类繁殖障碍,从而引发渔业经济损失。

(1)通过综合分析前人的分类方式,结合已有整治滚石灾害积累的实践经验,把滚石按其失稳和开始运动的方式分为坠落式、倾倒式、滑塌式和滚动式等4种。

(2)地震滚石灾害具有规模大、数量多(历史破坏性地震)、滚动速度快、距离远、危害性强和诱发滚石灾害的地震烈度小等特点。

(3)地震滚石灾害受的形成大地构造单元、基底岩层结构、地形地貌条件、地震烈度、断裂构造等诸多因素的影响,地震引发滚石的展布形态较为复杂,并非与等震线一致。

地震滚石灾害是一个复杂的物理过程。已有震害调查表明,同等条件或者同一震区,滚石灾害往往与地形坡度角、烈度大小成正比。对于地震滚石灾害来说,滚石来源的坡体是滚石的载体,仅考虑地震强度和地形坡角是远远不够的,对滚石来源的坡体的内在结构、整体特征及其形成地震波作用特征进行深入研究应该是一个正确的方向。