背后山滑坡位于汉源老县城背后山斜坡之上,地形上呈圈椅状,高程范围大致为800～1 060 m,地势北东高,南西低(图2)。地形上陡下缓,上部坡度约20°～25°,下部坡度约10°。滑坡体后缘及中部局部可见陡坎地貌,滑坡区总体上属风化剥蚀地貌。省道306线从坡体中部穿越,上部坡体多已被开垦为阶梯状的旱地、下部坡体为稻田,民宅零星分布在斜坡体上。滑坡体上发育有几条冲沟,冲沟为当地居民的主要饮水渠和灌溉渠 四川省林业勘察设计研究院.2007.四川大渡河瀑布沟水电站库区公路复建工程省道306线汉源县三谷庄至108国道段(M合同段变更设计)K86+389～K86+447段滑坡处治说明.。

图2 背后山滑坡平面图
Fig.2 Planimetric map of Beihoushan Mountain landslide

滑坡体地层分为第四系滑坡堆积层(Q^del)、第四系坡残积地层(Q^dl+el)及新近系昔格达组(N_2X)。滑床地层可见侏罗系沙溪庙组(J_2S)^①。

滑坡堆积层(Q^del):灰黄色,主要为粉质粘土和粉土。上部土层主要为粉质粘土夹碎砾石,厚1～3 m,湿润,可塑; 底部地层主要为粉土,一般厚2～6 m,处于湿润至饱和的松散状态。堆积层厚6～12 m。

坡残积层(Q^{d l+el}):灰黄色粉质粘土,夹碎砾石,干燥至湿润,可塑,广泛分布于坡体上,厚1～3 m。

新近系昔格达组(N_2X):灰色、灰黄色粉砂岩、粉砂质泥岩,半成岩,半胶结,具微细水平层理,岩质极软,易刻划折断,遇水软化,在坡体上广泛分布,厚度较大。

侏罗系沙溪庙组(J_2S)地层:紫红色泥岩、粉砂质泥岩、砂岩。

滑坡区位于流沙河断裂东侧、汉源向斜的北东翼 地矿江油工程勘察院.1994.四川省汉源县背后山滑坡、泥石流治理工程可行性研究报告.,处于瓦山断块,新构造运动自喜山运动以来主要表现为间歇性的强烈上升,区域构造相对稳定^①。滑坡所在区域的地震抗震设防烈度为Ⅶ度,地震动峰值加速度为0.15 g,地震动反应谱特征周期为0.45 s(GB50011-2010)。

(1)地表水

该滑坡位于背后山斜坡上,倾向于大渡河,斜坡地表土体为细粒土,已被开垦为旱地。坡体地表水源主要为降雨、水田和灌溉渠。灌溉渠沿滑坡体中部斜向下穿过,沿冲沟成渠。饮水渠上部为自然冲沟,下部为人工浆砌沟,水田位于滑坡区的前下部。滑坡区的主要渗水为降雨和水渠中的水^①。

(2)地下水

滑坡区地下水由若干不连续的水体组成,分为滑坡体中的孔隙水与昔格达层中的裂隙水,它们属于叠置层状含水结构,层与层之间乃至同一层地下水连续性较差。地下水主要来源于地表水与降水,赋存条件差,地下水不丰富^①。

整个坡体的地形地貌为圈椅状(图3),具有典型的滑坡特征; 根据滑坡、尤其是古滑坡的特征,滑坡后壁往往呈现梯级陡坎状(图4); 滑坡中部具有滑坡舌的形态(图5); 古滑坡后壁经过多次坍塌或滑动后,陡坎高度明显变大(图6)。依据上述特征,笔者圈定了古滑坡中后部的边界。

图3 古滑坡后部圈椅状地形(镜向北西)
Fig.3 Round-backed armchair Shape of old landslide(mirrored to NW)

图4 古滑坡后壁(镜向北东)
Fig.4 back cliffs of old landslide(mirrored to NE)

图5 古滑坡舌状形态(镜向北西)
Fig.5 Tongue-shape morphology of old landslide(mirrored to NW)

图6 古滑坡左后壁(镜向北东)
Fig.6 Left-back cliff of old landslide (mirrored to NW)

笔者以地形地貌特征为基础,结合前述滑坡体岩性特征,测绘了一条地质横向剖面图(图7),之后又详细调查了古滑坡体周界的岩性及变形特点,进一步确定了古滑坡侧面边界。

依据上述调查结果,笔者圈定了古滑坡的边界范围(图2),古滑坡体长约 1 000 m。宽约800 m。结合本区滑坡发育特点,推测古滑坡平均厚

图7 古滑坡体Ⅰ-Ⅰ'地质剖面
Fig.7 Ⅰ-Ⅰ' geological profile of old landslide

度约20 m,体积约(1 600×10⁴)m³。依据已有的成果 地矿江油工程勘察院.1994.四川省汉源县背后山滑坡、泥石流治理工程可行性研究报告.^, 四川省林业勘察设计研究院.2007.四川大渡河瀑布沟水电站库区公路复建工程省道306线汉源县三谷庄至108国道段(M合同段变更设计)K86+389～K86+447段滑坡处治说明.,推测绘制了古滑坡的主滑地质剖面(图8)。

综上所述,汉源县城背后山确实发育一特大型古滑坡。

图8 古滑坡体Ⅱ-Ⅱ'地质剖面
Fig.8 Ⅱ-Ⅱ' geological profile of old landslide

根据汉源老县城的建筑物分布和震害特征,笔者选择了42个工作点,每个工作点的面积约为1 km²。依据《中国地震烈度表》(GB/T 17742-1999),我们对86栋房屋建筑进行了详细的震害调查,给出了每一栋受调查房屋的震害指数。图 13是依据调查房屋的震害指数绘制的震害等值线图(薄景山等,2009; 卢滔等,2009),其中震害指数在0.5 等值线以内区域的房屋震害为严重破坏至毁坏,地震烈度大于Ⅷ度; 震害指数在0.2 等值线以内,0.5 等值线以外区域的房屋震害为轻微至中等破坏,地震烈度为Ⅶ至Ⅷ度。从图 13可以看出,汉源县老县城的地震烈度整体上可以评定为Ⅷ度,局部高于Ⅷ度。由此可见,地震灾评烈度评定的汉源烈度Ⅷ度异常区是客观存在的。

背后山古滑坡堆积体包括图 13已标识的范围以及向西南延伸至震害指数为0.5的等值线附近的区域,因该部分长期受流沙河河水冲刷、河水携带的泥沙沉积覆盖以及人类活动的影响,界线难以确定,故未标识。根据图 13,结合现场建筑物震害调查情况,汉源老县城建筑物破坏最严重的区域主要分布在县城东北方向背后山古滑坡堆积体上,建筑物震害指数最高达0.9; 绝大数震害指数大于0.7,而震害指数D₁为0.5的等值线范围内的其它区域建筑物震害指数绝大多数为0.5～0.6,只有少数达到0.7。无论是远离这一区域高程逐渐降低的流沙河(向西、向南)方向的新城区、河漫滩,还是高程进一步增高的山区(向北、向东),建筑物破坏程度都有减轻的趋势。假设该区不存在背后山古滑坡堆积体的斜坡地形,至少Ⅷ度区的面积和灾害损失会明显减少,由此判定,背后山古滑坡堆积体的斜坡地形和土层结构对建筑物震害起到了明显的加重作用,导致高出周边两度的烈度异常区的面积明显增加。

图 13 汉源县老县城震害指数等值线图
Fig.13 The seismic disaster contour map of old Hanyuan County

笔者通过野外调查,根据地形地貌和岩性组成初步判定,汉源县老县城部分坐落在背后山古滑坡前缘的堆积体之上。笔者以图8的地质剖面为基础,采用有限元Adina自振频率分析模块计算了背后山滑坡的前10个起控制作用的周期。

计算时,根据现场考察的初步结果,先将该边坡模型简化为由基底砂岩层和上覆滑坡堆积体组成的双层结构,再将该坡体简化为平面应变问题,边界条件采用粘弹性边界(陈红灯等,2010)。为了能够给出前10个卓越周期的上、下限范围,基底砂岩层的参数取为:弹模5～10 GPa,密度2 000～2 500 kg/m³,泊松比0.2～0.3; 滑坡堆积体的计算参数取为:弹模1～5 GPa,密度1700～2000 kg/m³,泊松比0.25～0.35。当计算参数取最小值时,得到的结果为最小值,反之亦然。计算给出了前10个周期(表1)。

表1 汉源背后山滑坡前十个卓越周期(单位:s)
Tab.1 Predomin period of Beihoushan landslide of Hanyuan(unit:s)

通过对汉源附近的九襄、清溪、乌斯河、宜东4个强震台站记录到的地震波加速度时程的频谱特性分析,得到了汶川大地震地震波的卓越周期(表2)。图 14为离汉源县城最近的强震台——九襄台记录到的汶川主震NS向加速度时程和傅立叶幅值谱,从傅立叶谱中看出汉源县境内加速度能量主要集中在0.8～6 Hz这个频率段内,即约0.17～1.3 s周期段内(卢滔等,2009)。对比分析表1和表2可以发现:九襄台水平向加速度记录(EW和NS向)的卓越周期介于背后山滑坡第三个周期的最小值和最大值之间,竖向加速度记录的卓越周期介于第五、六和七个周期的最小值和最大值之间; 清溪台EW和US向加速度记录的卓越周期介于背后山滑坡第一、二个周期的最小值和最大值之间,NS向加速度记录的卓越周期介于第五、六和七个周期的最小值和最大值之间; 乌斯河台EW和NS向加速度记录的卓越周期介于背后山滑坡第七、八、九和十个周期的最小值和最大值之间; 宜东台EW和US向加速度记录的卓越周期介于背后山滑坡第五、六和七个周期的最小值和最大值之间,UD向加速度记录的卓越周期介于第十个周期的最小值和最大值之间。由此可见,汶川地震的地震波传播至背后山时可能激发了古滑坡斜坡地形的多个周期的响应,产生了共振效应,导致地震放大效应更加显著,加重了汉源老县城位于古滑坡前缘堆积体之上的建筑物震害。

表2 汉源附近强震记录的卓越周期(单位:s)
Tab.2 Predominant period of strong motion records near Hanyuan(unit:s)

图 14 汶川地震主震汉源县九襄台加速度记录时程(a)与傅立叶幅值谱(b)
Fig.14 Wenchuan main shock acceleration record on Jiuxiang station(a)and its Fourier amplitude spectrum(b)