王 賀，陳洪凱

(重慶交通大學(xué) 巖土工程研究所，重慶 400074)

1 引言

重慶市巫山縣地處四川盆地褶皺山區(qū)的東緣，位于重慶市東部，地處長(zhǎng)江三峽腹地，扼長(zhǎng)江“黃金水道”，有“渝東大門”之稱。自然地質(zhì)條件極為復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育，直接威脅著陡崖前方居民生命財(cái)產(chǎn)、道路交通及市政設(shè)施等安全。隨著三峽水庫(kù)區(qū)高速公路建設(shè)大發(fā)展，“就地后靠”移民安置的全面實(shí)施，頻繁的人類工程活動(dòng)，對(duì)原有地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)，使得地質(zhì)災(zāi)害的數(shù)量、頻率、規(guī)模及危害性在進(jìn)一步增大，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的影響在進(jìn)一步加劇。

滑坡(Landslide)是坡地巖土體不穩(wěn)定性超過極限值時(shí)發(fā)生的坡地耗散現(xiàn)象和耗散過程，是坡地物質(zhì)和能量重新分配的地貌過程【1】?；聻?zāi)害是山地主要災(zāi)害之一，具有分布廣、頻率高、成災(zāi)迅速等特點(diǎn)【2】，隨著社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)日益加劇，對(duì)環(huán)境的破壞日益增強(qiáng)，造成局部地理環(huán)境的高熵化，滑坡災(zāi)害對(duì)人類的威脅也越來(lái)越嚴(yán)重，特別是在山區(qū)，滑坡的威脅強(qiáng)烈制約著這個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)，給人類的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的不便。但是由于滑坡災(zāi)害成災(zāi)系統(tǒng)的復(fù)雜性，預(yù)測(cè)滑坡災(zāi)害一直是一個(gè)巨大的難題【3】。鑒于此，本文對(duì)重慶巫山境內(nèi)的滑坡進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)了巫山境內(nèi)部分滑坡的優(yōu)勢(shì)滑動(dòng)方向，再結(jié)合巫山境內(nèi)水系玫瑰圖，對(duì)巫山境內(nèi)滑坡的宏觀發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究。

2 地貌應(yīng)力場(chǎng)

2.1 地貌應(yīng)力場(chǎng)的確定

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是地球動(dòng)力學(xué)研究中一項(xiàng)主要內(nèi)容，在構(gòu)造地貌學(xué)中的研究具有很重要的意義。目前研究地貌應(yīng)力場(chǎng)(亦稱構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng))的方法很多，大致可以分為定性研究法，定量研究法和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)法。肖芳鋒等【4】通過地質(zhì)構(gòu)造演化對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地及周緣二疊紀(jì)以來(lái)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了解析，范俊喜等【5】通過震源機(jī)制解得到的鄂爾多斯周邊構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，田宜平等【6】使用三維構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有限元計(jì)算方法對(duì)東營(yíng)凹陷地區(qū)進(jìn)行了三維應(yīng)力場(chǎng)研究，孫小龍等【7】應(yīng)用水位資料反演了華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化，崔軍文等【8】通過區(qū)域構(gòu)造背景對(duì)塔里木盆地構(gòu)造格架和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析。

在對(duì)區(qū)域地貌應(yīng)力場(chǎng)的研究方面，目前采用比較多的方法是定性研究方法，這種方法是以地貌學(xué)方法和地質(zhì)學(xué)方法進(jìn)行綜合探究的方法。在地質(zhì)歷史時(shí)期，新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)地球表面的作用是廣泛而持久的，它必然通過地球上的多種自然現(xiàn)象反映出來(lái)，因此，以地貌形態(tài)入手來(lái)研究新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，是一種重要的研究方法。人們可以通過觀察，收集不同的資料，從多個(gè)角度來(lái)揭示構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。水系格局就是其中之一，區(qū)域水系與斷裂構(gòu)造分布是以水平應(yīng)力為主的區(qū)域新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)簡(jiǎn)潔而客觀的地貌學(xué)方法，可以客觀的確定區(qū)域新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)。水系格局跟其它地貌過程一樣，同時(shí)受到內(nèi)外地質(zhì)營(yíng)力的作用，外部營(yíng)力使得水系運(yùn)動(dòng)方向分布具有隨機(jī)性，而內(nèi)部營(yíng)力卻給予了水系運(yùn)動(dòng)方向分布的系統(tǒng)性，從而顯示出分布上具有一定的優(yōu)勢(shì)性，這種系統(tǒng)性正是區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用的結(jié)果，這一理論稱為A.E.Scheidegger 的對(duì)抗性原理(The Principle of antagonism)。經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理，過濾掉它的隨機(jī)性，從中獲取系統(tǒng)性，即可揭示出區(qū)域地貌應(yīng)力場(chǎng)的基本特征。Scheidgger 曾經(jīng)從全球的角度，討論了諸如水系、峽谷等傳統(tǒng)認(rèn)為是外營(yíng)力塑造的地貌形態(tài)，與全球的節(jié)理一樣都受控于區(qū)域新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)【9】。

為了確定巫山縣區(qū)域的地貌應(yīng)力場(chǎng)，根據(jù)巫山縣區(qū)域1∶ 260 000 水系圖，首先將巫山縣水系圖上河流的自由端點(diǎn)或干支流的交匯處作為結(jié)點(diǎn)，然后用線段將這些結(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，將水系折線化，彎曲的河道就變成了折線(圖1)。

圖1 巫山縣水系分布折線圖Fig.1 The fold lines of water system distribution of Wu-shan

將各折線段自北順時(shí)針在0°－180°范圍內(nèi)計(jì)量，把該線段的長(zhǎng)度定義為相應(yīng)河段的權(quán)重。這樣，每條線段可用兩個(gè)參數(shù)(方位角θ 和長(zhǎng)度L)來(lái)表示，全部河段就形成了包含兩個(gè)變量(θ，L)的序?qū)Y(jié)合【10】【11】【12】，將巫山縣區(qū)域內(nèi)的水系圖折線化，巫山縣水系共構(gòu)成414 條折線。按10°一個(gè)間隔，將(θ，L)兩個(gè)參數(shù)做出巫山縣水系分布方向玫瑰圖(圖2)。

圖2 巫山縣水系玫瑰圖Fig.2 water system rose diagram of Wu-shan

2.2 主地應(yīng)力場(chǎng)

由巫山縣區(qū)域水系玫瑰圖可以看出，雖然分布的離散程度不相同，但是都呈現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)分布方向，即水系的分布不完全是隨機(jī)的。用A.scheidegger 法求出的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?MaxⅠ18°，MaxⅡ88°，銳角為53°，鈍角為143°。

如果將河谷優(yōu)勢(shì)方向視為地貌應(yīng)力場(chǎng)作用下發(fā)育的一組剪切面，那么，根據(jù)莫爾定律及地質(zhì)力學(xué)，這一組共軛剪切面銳角的平分線對(duì)應(yīng)著主壓應(yīng)力【11】，鈍角的角平分線對(duì)應(yīng)著主張應(yīng)力。由此可見，巫山縣地區(qū)區(qū)域地貌應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向?yàn)?3°。

3 新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)滑坡災(zāi)害的影響

由力學(xué)原理可知，剪切帶是最破碎的，更為嚴(yán)重的是，境內(nèi)主要深大斷裂和斷層均沿著剪切帶的方向發(fā)育，形成滑坡周界，為滑坡的發(fā)生提供了有利的條件，加上與主地應(yīng)力方向垂直或近于垂直的臨空面，使其具備形成滑坡的條件，而隨著剪切帶的進(jìn)一步發(fā)育，滑坡的穩(wěn)定性越來(lái)越差，最后形成滑坡。而與主地應(yīng)力方向垂直或近于垂直的臨空面趨于不穩(wěn)定，使得崩塌和撒落等地質(zhì)災(zāi)害過程易于發(fā)生。由于區(qū)域主應(yīng)力場(chǎng)方向?yàn)?3°，則沿著53°左右方向展布的山體很容易形成滑坡周界，而與之垂直的143°方向展布的山體如果臨空，就很容易發(fā)生滑坡災(zāi)害。與主地應(yīng)力方向(53°)垂直的方向(143°)或近于垂直方向展布的山體，則因邊坡臨空不穩(wěn)而導(dǎo)致危巖崩塌等災(zāi)害。

為了探討重慶市巫山縣滑坡發(fā)育與新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系，作者對(duì)巫山縣滑坡資料進(jìn)行收集分析，通過對(duì)巫山境內(nèi)十二個(gè)具有代表性的滑坡資料的研究，發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)滑坡的宏觀發(fā)育不是隨機(jī)的，滑坡發(fā)育的優(yōu)勢(shì)方向與新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系很密切。

表1 巫山縣境內(nèi)滑坡主滑方向與本文結(jié)果對(duì)照表Table 1 Parameters of seepage property for sandstone

由于每個(gè)滑坡的主滑方向不是很精確，它們之間存在著一個(gè)區(qū)間，在這里災(zāi)害主要方向?yàn)?3°和143°，以正負(fù)誤差10°為分界線，也就是滑動(dòng)方向在區(qū)間［43°，63°］和區(qū)間［133°，153°］的災(zāi)害都可以認(rèn)為是符合要求的。通過對(duì)以上滑坡體的主滑方向分析可以看出:猴子包滑坡、暮雨路滑坡、凈壇支路變形體、馮家壩滑坡、塔坪滑坡、兩道溝滑坡的兩個(gè)滑坡體、巫山中學(xué)滑坡、塔坪果園場(chǎng)滑坡的主滑方向，都在這個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，符合本文討論的以水系玫瑰圖求出的新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主壓應(yīng)力場(chǎng)方向和主張應(yīng)力場(chǎng)方向，其中以沿著主張應(yīng)力場(chǎng)方向發(fā)生滑坡災(zāi)害最多，這也證實(shí)了沿著主張應(yīng)力場(chǎng)方向的山體容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害?？梢姳疚拇_定的主地應(yīng)力場(chǎng)方向是合理的，本文的研究方法是可行的。以此方向與水系玫瑰圖構(gòu)造的優(yōu)勢(shì)方向?qū)Ρ?，證明這些該區(qū)滑坡災(zāi)害的發(fā)生總體上主要受控于區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)。

4 結(jié)論

綜上所述，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)巫山縣區(qū)域主應(yīng)力場(chǎng)方向?yàn)?3°，兩組剪切帶為18°和88°，剪切帶物質(zhì)破碎，河流沿此兩個(gè)方向分布。

(2)巫山縣滑坡災(zāi)害主要沿53°和143°兩個(gè)方向展布，與主地應(yīng)力場(chǎng)的剪切帶方向趨近。

(3)滑坡災(zāi)害主要受控于區(qū)域主地應(yīng)力場(chǎng)。

(4)巫山縣滑坡滑動(dòng)主方向不是隨機(jī)的，新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)其宏觀特征影響很大。

(5)確定了巫山縣新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，宏觀上對(duì)巫山縣區(qū)域內(nèi)滑坡的研究及布防支擋結(jié)構(gòu)、以及斜坡穩(wěn)定性分析和預(yù)測(cè)等具有指導(dǎo)作用。

(6)位于新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主壓應(yīng)力方向和主張應(yīng)力方向上的巖體穩(wěn)定性較差，災(zāi)害多發(fā)，研究成果對(duì)于巫山縣水土流失、地災(zāi)評(píng)價(jià)以及人口密集區(qū)的選址有很重要的指導(dǎo)意義。

［1］杰里米·里夫金，特德·霍華德著，(呂明等譯).熵——一種新的世界觀.上海譯文出版社［M］，1987.28-38.J.Rifkin ，T.Howard.Entropy ——a new world view［M］.Shanghai translation publishing house.1987.28-38.

［2］張敬一，倪衛(wèi)達(dá)等.巫山地區(qū)滑坡穩(wěn)定性研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(22):9702-9703，9707.Zhang Jing-yi et al.Study on the Stability of Landslide in Wushan Area［J］.Journal of Anhui Agricultural Sciences.2008，36(22):9702-9703，9707.

［3］侯治華，鐘南才，侯逾昆等.遼寧渾河斷裂帶及其鄰近地區(qū)水系格局構(gòu)造節(jié)理與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，8(4)，6-9，83.Hou Zhihua，Zhong Nancai and Hou Yukun et al.Study On Neotectonic Stress Field And Present Tectonic Stress Field In The Hunhe Fault Belt And Its Adjacent Areas［J］.Journal of Institute of Disaster-prevention Science and Technology.2006，8(4)，6-9，83

［4］肖芳鋒，侯貴廷，王延欣等.準(zhǔn)噶爾盆地及周緣二疊紀(jì)以來(lái)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)解析［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，46(2):224-230.Xiao Fangfeng ，Hou Guiting，and Wang yanxin etc.Study on Structural Stress Fields since Permian，Junggar Basin and Adjacent Areas［J］.Acta Scientiarum Naturalium Universitatis.2010，46(2):224-230.

［5］FAN Jun-xi1，MA Jin1，DIAO Gui-ling2 ，Contemporary tectonic stress field around the ordos fault block inferred from earthquake focal mechanisms［J］，Seismology and Geology ，25(1)，2003，88-99.

［6］田宜平，劉雄，李星等.構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)三維數(shù)值模擬的有限單元法［J］.地球科學(xué)，2011，36(2):375-380.Tian YiPing，Liu Xiong ，and Li Xing etc.Finite Element-Method of 3-D Numerical Simulation on Tectonic Stress Field［J］.Earth Science.2011，36(2):375-380.

［7］孫小龍，劉耀煒，晏 銳等.利用水位資料反演華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化［J］.地震，2011，31(2):42-49.SUN Xiao-long，LIU Yao-wei and YAN Rui.Inversion of Tectonic Stress Field in the North China Region Based on Ground water Level Data［J］.Earthquake .2011，31(2):42-49，

［8］崔軍文，唐哲民.塔里木盆地構(gòu)造格架和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分析［J］.巖石學(xué)報(bào)，2011，27(1):231-242.Cui JunWen，Tang ZhenMin，Tectonic framework of the Tarim basin and its tectonic stress field analysis［J］.Acta Petrologica Sinica，2011，27(1):231-242

［9］艾南山，陳洪凱，李后強(qiáng)等.從新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)論公路水毀問題——兼論地貌發(fā)育的對(duì)抗性原理［C］// Scheidegger A E.Geo joints and Geo stresses .In Rossmanith(ed.)，Mechanics of Jointed and Faulted Rock.Balkma:Rotterdam ，1995.3-35.

［10］陳洪凱，唐紅梅，王建平等.青藏高原東部邊緣地區(qū)滑坡的地貌學(xué)研究(以萬(wàn)縣市豆芽棚滑坡為例)［C］//Kolbeck，F(xiàn).et al.On the theory of evaluation of joint orientation measurement，Roch.Mech，9，1977:9-25.

［11］陳洪凱，唐紅梅，王建平等.青藏高原東部邊緣地區(qū)滑坡的地貌學(xué)研究(以萬(wàn)縣市豆芽棚滑坡為例)［C］//Ai Nan-shan.Effect of neo-tectonic stress field on landslides ，Proc.Ivth Intern .Confer.＆ Field workshop on landslide，Tokyo，1985:433-436.

［12］艾南山，梁國(guó)昭et al.東南沿海水系及新構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)［J］.地理學(xué)報(bào)，1982，37:111-122.Ai Nan-shan ，Liang Guo-zhao et al .The valley trends and neo-tectonic stress field of southeast china［J］.Acta Geographica Sinica.1982，37:111-122.

［13］邱洪.巫山縣某滑坡地質(zhì)特征與穩(wěn)定性分析［J］.水電與新能源，2011，(5):40-44.QIU Hong，Geologic Characteristics and Stability Analysis of a Landslide in Wushan County［J］.Hubei Water Power，2011，5:40-44

［14］王可君，陳勝武，周威等.巫奉高速公路K39_300 滑坡穩(wěn)定性分析及治理探討［J］.資源與環(huán)境工程，2009，23:157-160.WANG Ke-jun ，Chen Sheng-wu，and Zhou Wei et al.Study on Stability Analysis and Prevention of K39+300 Landslide in Wushan-Fengjie Highway［J］.Resources Environment ＆ Engineering.2009，23:157-160