李金洋， 佘 濤， 陳 歡， 孫金輝， 趙 重

(1.中國地質科學院探礦工藝研究所，四川 成都 611734； 2.中國地質調查局地質災害防治技術中心，四川 成都 611734)

0 引言

斜坡失穩(wěn)破壞是一種常見的重力地質現(xiàn)象[1]，滑坡又是斜坡失穩(wěn)破壞中的一種類型，目前對滑坡力學模式的研究相對較為成熟，黃潤秋、張倬元、王蘭生等[2-3]對我國20世紀以來大型滑坡進行系統(tǒng)性分析，得出了巖質滑坡的地質-力學模式，包括：滑移-拉裂式、擋墻潰決式、平推式、傾倒變形模式、蠕滑(彎曲)-剪斷模式等。每一類模式都具有其對應的巖體結構條件或斜坡結構條件，國內外學者對特定滑坡模式的斜坡地質結構特征進行了大量研究[4-6]，證實了斜坡地質結構特征對滑坡的控制作用。

滑坡易發(fā)性評價是近年來國內外滑坡研究領域的熱點問題之一[7]，近年來，馬力等[8-13]運用多種方法進行了易發(fā)性評價工作，取得了較為豐富的成果。開展滑坡易發(fā)性評價除了運用有效的評價方法外，最為關鍵的環(huán)節(jié)在于合理的選取評價因子[14]，滑坡發(fā)生與否與其所在的斜坡環(huán)境條件密切相關，包含了氣象水文、地質地貌、工程地質及人類活動等多方面的影響因素[15]，且不同地區(qū)、不同類型的滑坡控制因素存在差異，如何準確的判別特定類型滑坡的易發(fā)性、易發(fā)程度，對評價因子的選取就尤為重要，本文以后龍門山區(qū)層狀軟弱千枚巖區(qū)為例，歸納總結滑坡破壞模式基礎之上，分析不同破壞模式滑坡的地質條件，并對主控地質因子進行分門別類地定性和量化研究之后，運用ARCGIS軟件的加權疊加功能定量劃分了不同模式滑坡的易發(fā)區(qū)域，嘗試確立更加適合研究區(qū)的滑坡易發(fā)性評價的方法。

1 影響滑坡失穩(wěn)模式的因素分析

1.1 研究區(qū)地質地貌條件

研究區(qū)地貌上總體為構造剝蝕和河流侵蝕作用形成的深切高山區(qū)，河谷切割深，地形高差懸殊，地勢險峻，全區(qū)平均海拔高度在1800 m左右，最高處海拔高達3200 m，平均高差500～800 m。區(qū)內出露地層為志留系茂縣群(Smx)千枚巖，受區(qū)域構造影響，巖層總體傾向NW，傾角陡立，多大于40°，巖體劈理面發(fā)育，切割巖體呈層狀結構，主要發(fā)育一組NE走向的構造結構面?？傮w來看，研究區(qū)巖性單一，影響基巖滑坡的主要因素為斜坡結構特征及地貌特征。

1.2 影響滑坡失穩(wěn)模式的地質因素

斜坡地質結構與斜坡的破壞型式有著非常明顯的對應關系[15]，基于巖層傾向與斜坡坡向的組合關系，對層狀結構斜坡進行了劃分，巖層傾向與坡向的夾角α<30°時順向坡、30°≤α<60°時為順切坡、60°≤α<120°時為橫向坡、120°≤α<150°時為逆切坡、150°≤α<180°時為逆向坡，又根據(jù)巖層傾角與坡度的組合關系，進一步將順向坡中巖層傾角大于坡度的情況劃分為順向飄傾坡、巖層傾角小于坡度的情況順向伏傾坡。區(qū)內千枚巖劈理面發(fā)育，巖體多為薄層狀，構造結構面與層面傾向近相垂直，因此，滑坡容易發(fā)生在順向坡中，順向飄傾坡中巖層傾角小于坡角，有利于不穩(wěn)定巖體(塊體)的剪出，巖體容易沿中—緩傾坡外的層面發(fā)生順層滑移；順向伏傾坡中，巖層傾角大于坡度，加之軟巖強度較低，在重力長期作用下，坡腳處巖體發(fā)生彎曲變形，最終潰曲演變成滑坡。而在巖層傾角陡立的反向坡中，斜坡表層巖體風化卸荷強烈，則易發(fā)生傾倒變形。因此，區(qū)內巖質滑坡主要有3種破壞模式，分別為：滑移-拉裂、滑移-潰曲及傾倒變形，見圖1。

圖1 滑坡模式圖

滑坡是否發(fā)生不僅僅與斜坡結構特征有關系，同時受微地貌特征的影響，現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，3種模式的滑坡均發(fā)生在凸型坡中，順層滑坡一般在30°～45°、傾倒變形坡度范圍在40°～60°，見表1。

表1 不同模式滑坡的地質地貌特征

2 滑坡易發(fā)性評價

2.1 數(shù)據(jù)來源與評價因子的選取

本次評價選取1∶50000圖幅調查范圍，DEM數(shù)據(jù)來源于1∶50000地形圖生成，分析斜坡結構所需的巖層產(chǎn)狀來源于區(qū)域地質圖?；疽貓D層見圖2～圖5。

影響滑坡發(fā)生的因素較多，主要包括：地形地貌、地層巖性、斜坡結構、地質構造、植被、降雨、人類工程活動等。降雨及人類工程活動被視為是滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素，而本文只作易發(fā)性評價，因此不考慮降雨等誘發(fā)因素，只考慮影響滑坡發(fā)生的內在條件。

圖2 坡度分布圖

圖3 坡向分布圖

圖4 巖層傾向插值結果圖

圖5 巖層傾角插值結果圖

研究區(qū)整體處于茂汶斷裂的韌性剪切帶中，區(qū)內巖性為單一的志留系茂縣群千枚巖、植被覆蓋率達90%以上且斜坡上覆蓋較為均勻，以上因素在評價區(qū)域內差異性不強，不易區(qū)分其對滑坡災害的影響，因此對以上因素也不予以考慮。通過現(xiàn)場調研以及對已發(fā)生滑坡的分析認為：影響區(qū)內滑坡發(fā)生的主要內在因素為斜坡結構及微地貌特征，故選取斜坡結構、地形坡度及斜坡表面形態(tài)作為評價指標。

2.2 評價因子分級與圖層建立

要在ARCGIS中實現(xiàn)各個因子的疊加分析，在對評價因子進行分級之后，須進行分級因子的賦值。為了便于計算過程中進行區(qū)分，對賦值做如下規(guī)定：有利于滑移-拉裂滑坡發(fā)生的等級因子賦值為1、有利于滑移-潰曲的等級因子賦值為10、有利于傾倒變形的等級因子賦值為100、對滑坡的發(fā)生無影響的因素賦值為0。各因子分級賦值情況見表2。

表2 各因子分級及賦值

2.2.1 斜坡結構

運用預先處理好的巖層產(chǎn)狀矢量數(shù)據(jù)在ARCGIS軟件中進行插值，插值方法選取克里金法，插值結果見圖4、圖5，插值獲得的巖層傾向柵格數(shù)據(jù)地形坡度在柵格計算器中相減獲得斜坡結構，根據(jù)上述分析，調查區(qū)巖質滑坡在橫向坡、切向坡中基本不發(fā)育，在順向坡和逆向坡中發(fā)育，為了便于評價，將順向坡、逆向坡以外的其他結構斜坡統(tǒng)一為其他結構斜坡，最終將斜坡結構劃分為：順向飄傾坡、順向伏傾坡、逆向坡和其他斜坡，根據(jù)上述賦值規(guī)定，依次賦值為1、10、100、0，見圖6。根據(jù)3種類型斜坡發(fā)生的巖層傾角范圍，將巖層傾角柵格數(shù)據(jù)重分類為：<15°、15°～35°、35°～50°、50°～65°及>65°五類，分別賦值為：0、1、10、0、100，見圖7。

圖6 斜坡結構分類圖

圖7 巖層傾角分級圖

2.2.2 坡度

坡度是滑坡發(fā)生的一個重要控制因素，研究區(qū)地質災害調查顯示，滑移-拉裂式、滑移-潰曲式滑坡發(fā)育在30°～45°的坡度范圍，傾倒變形式滑坡發(fā)育在坡度相對較陡的地段，坡度范圍為40°～60°。本文利用ARCGIS，從1∶5萬DEM數(shù)據(jù)中提取坡度信息，并進行坡度重分類，分為：<30°、30°～45°、40°～60°、>60°四類，分別將柵格賦值為0、1或10、100、0，見圖8。

圖8 地形坡度分級圖

2.2.3 斜坡表面形態(tài)

斜坡表面形態(tài)可分為直線型、凸形坡和凹形坡3種基本類型。在GIS中坡形可以利用地表的曲率P進行描述和量化。當?shù)乇砬蔖>0時，坡形為凸形坡；當?shù)乇砬蔖=0時，坡形為直形坡；當?shù)乇砬蔖<0時，坡形為凹形坡，將凹型坡與直線型坡賦值為0、根據(jù)需要將凸型坡賦值為1或10或100，見圖9。

2.3 易發(fā)性評價結果

根據(jù)表2中已分級、賦值完畢的各項指標因子，在ARCGIS軟件中的柵格計算器命令對各項分級指標進行疊加，將疊加結果劃分為易發(fā)與不易發(fā)，根據(jù)最初擬定好的賦值方式，疊加結果為0的區(qū)域為巖質滑坡不易發(fā)區(qū)域，疊加結果不為0的區(qū)域為3種類型巖質滑坡的易發(fā)區(qū)，其中，疊加結果<10的整數(shù)疊加區(qū)域為滑移-拉裂式滑坡易發(fā)區(qū)、疊加結果<100的整數(shù)區(qū)域為滑移-潰曲式滑坡易發(fā)區(qū)、疊加結果>100的整數(shù)區(qū)域為傾倒變形滑坡的易發(fā)區(qū)域，見圖10。

圖9 斜坡形態(tài)分級圖

圖10 易發(fā)性分區(qū)圖

研究區(qū)總面積436 km2，統(tǒng)計結果顯示：滑移-拉裂式滑坡易發(fā)區(qū)面積為4.31 km2、滑移-潰曲式滑坡易發(fā)區(qū)面積3.28 km2、傾倒變形滑坡的易發(fā)區(qū)域8.73 km2，表明研究區(qū)滑坡失穩(wěn)破壞方式為主；滑移-拉裂式滑坡分布較為零散，表明研究區(qū)該類滑坡規(guī)模一般較小，與現(xiàn)場調查情況相吻合。將現(xiàn)場調查的幾處巖質滑坡與易發(fā)性分區(qū)結果進行比對校驗，不同類型的滑坡均落在相應的易發(fā)區(qū)內，證明了本次基于斜坡模式的易發(fā)性分區(qū)具有較高的可靠性。

3 結論與討論

本文在分析區(qū)內滑坡破壞模式、影響因素的基礎之上，運用ARCGIS軟件的加權疊加功能定量劃分了不同模式滑坡的易發(fā)區(qū)域，主要取得以下認識：

(1)千枚巖為層狀軟弱巖，區(qū)內發(fā)育有：滑移-拉裂、滑移-潰曲及傾倒變形3種類型的滑坡，滑移-拉裂主要發(fā)生在坡度30°～45°的順向飄傾坡內、滑移-潰曲發(fā)生在坡度30°～45°的順向伏傾坡內、傾倒變形主要發(fā)生在巖層傾角>65°的反向斜坡內；

(2)基于ARCGIS軟件的疊加分析表明：區(qū)內傾倒變形易發(fā)區(qū)面積為8.73 km2、順層滑移易發(fā)區(qū)面積為4.31 km2、滑移潰曲易發(fā)區(qū)面積為3.28 km2，以傾倒變形類型的滑坡為主，已發(fā)生滑坡與易發(fā)分區(qū)結果比對證明了滑坡易發(fā)分區(qū)與實際情況基本吻合。