(成都理工大學(xué) 地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059)

1 研究背景

四川省道S216線路為木里縣境內(nèi)主要通道，也是香格里拉環(huán)線的重要組成部分，道路沿線山高谷深，巖性較為豐富，地形地質(zhì)條件復(fù)雜。每年5—9月份的雨季，區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌災(zāi)害使道路斷道現(xiàn)象頻頻發(fā)生。2015年7月10日四川省道S216棉亞山高巖子段發(fā)生滑坡使道路中斷；2016年9月7日上午，菜籽灣段多次發(fā)生山體滑坡，路基大幅度沉陷，使道路中斷；原省道S216在下麥地鄉(xiāng)通過一處方量約260萬(wàn)m3的滑坡，現(xiàn)已避讓[1]。道路沿線發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著行人行車的安全，道路搶險(xiǎn)工作難度大、耗資高，因此對(duì)道路沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律的研究,對(duì)于道路規(guī)劃、改線以及交通搶險(xiǎn)意義重大。

四川省道S216沿線災(zāi)害頻發(fā)，某些災(zāi)害多發(fā)段面臨改道的問題，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育規(guī)律的研究尤為重要。此區(qū)域內(nèi)道路中斷幾乎都為滑坡、崩塌所致，泥石流影響較小。為此，本文基于ArcGIS平臺(tái)對(duì)木里縣固增苗族鄉(xiāng)至鹽源縣木鎖溝的省道S216沿線約85 km地形地貌多變地帶的滑坡、崩塌災(zāi)害發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)該區(qū)域滑坡以及崩塌發(fā)育規(guī)律形成了初步的認(rèn)識(shí)[2-3]。認(rèn)識(shí)的結(jié)果可為區(qū)域內(nèi)道路搶險(xiǎn)、線路突發(fā)情況改線以及災(zāi)害分區(qū)提供依據(jù)。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況及資料來源

2.1 地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)地表水較為豐富，最主要的河流為理塘河，也有木里河之稱，其流向東南，多年平均年徑流總量45.1億m3，四川省道S216主干道路基本依河而建。

研究區(qū)地處川西高原的南段，地形起伏較大，其中最低海拔1 762 m，最高海拔4 283 m；區(qū)域面積約為840 km2。

研究區(qū)內(nèi)地層巖性較為豐富，從奧陶系到三疊系除了泥盆系缺失之外，其余均有出露。其中分布范圍最較廣的地層為二疊系下統(tǒng)(P1)及奧陶系吾力溝組(O1w)，其巖性為礫狀灰?guī)r夾鈣質(zhì)千枚巖、生物碎屑灰?guī)r及厚層灰?guī)r、 碎屑巖。

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜(見圖1)，是橫斷山脈在四川境內(nèi)最典型的造山帶，其大地構(gòu)造位置屬于松潘—甘孜地槽區(qū)南緣的2個(gè)Ⅰ級(jí)構(gòu)造單元揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與松潘—甘孜地槽的槽臺(tái)結(jié)合部，其中小金河斷裂的部分分支斷裂就發(fā)育在研究區(qū)之內(nèi)[4]。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

2.2 資料來源

收集研究區(qū)1∶50 000的地形圖資料，在ArcGIS中將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，接著對(duì)其進(jìn)行精確的地理配準(zhǔn)，收集區(qū)域內(nèi)的道路、水系、斷層等資料。

基于多時(shí)相衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料進(jìn)行遙感解譯工作[5]；接著將資料匯總之后系統(tǒng)地對(duì)研究區(qū)線路作野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，最終確認(rèn)研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生災(zāi)害130處，其中滑坡80處、崩塌50處。

3 災(zāi)害發(fā)育規(guī)律

綜合考慮選取巖性、高程、斷層、水系、坡向、人類坡度道路工程等因素對(duì)區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌的發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究。

基于ArcGIS強(qiáng)大的空間分析功能，將研究區(qū)內(nèi)的斷層、水系等要素生成多環(huán)緩沖區(qū)，并統(tǒng)計(jì)各災(zāi)害點(diǎn)距離斷層等要素的距離；用數(shù)字高程模型生成坡度、坡向、高程等柵格文件，并將多值提取至各災(zāi)害點(diǎn)，從而對(duì)研究區(qū)內(nèi)滑坡、崩塌災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律進(jìn)行分析。

3.1 災(zāi)害與地層巖性的關(guān)系

相關(guān)研究表明滑坡更容易在較為軟弱的巖體、松散堆積層以及有軟弱夾層的堅(jiān)硬巖體中發(fā)育，而崩塌較容易在堅(jiān)硬巖體中發(fā)育[6]。

選取區(qū)域內(nèi)分布范圍最廣的5個(gè)地層進(jìn)行研究，分析災(zāi)害在不同地層中的發(fā)育規(guī)律，如表1所示。

表1 各地層中滑坡、崩塌發(fā)育頻率Table 1 Frequency of landslides and collapsesdeveloped in different strata

統(tǒng)計(jì)后得出，滑坡在此區(qū)域內(nèi)在奧陶系吾力溝組(O1w)的灰?guī)r、碎屑巖及三疊系西康群(Txk)的板巖、千枚巖夾泥灰?guī)r中發(fā)育頻率最高；而崩塌在此區(qū)域內(nèi)在三疊系鹽塘組(T2y)的灰綠黃色砂巖、粉砂巖中及三疊系巴東組(T2b)的灰?guī)r、泥灰?guī)r夾綠色頁(yè)巖中發(fā)育頻率最高。因此在此區(qū)域內(nèi)道路選線及搶險(xiǎn)時(shí)應(yīng)著重注意以上地層區(qū)域。

3.2 災(zāi)害與斷層的關(guān)系

斷層活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致巖體破壞，使巖體風(fēng)化加深，有學(xué)者的研究結(jié)果表明斷層對(duì)于滑坡等災(zāi)害具有極強(qiáng)的控制作用(圖2)，尤其是與斷裂方向一致的坡體極易發(fā)生滑坡，且斷層的控制作用具有上盤效應(yīng)，與斷層下盤相比較，上盤的活動(dòng)更為強(qiáng)烈、持久[7]。

圖2 斷層活動(dòng)引發(fā)滑坡Fig.2 Landslide triggered by fault activity

統(tǒng)計(jì)距斷層不同距離內(nèi)滑坡、崩塌的發(fā)育情況，結(jié)果如圖3，可以看出距離斷層越遠(yuǎn)，災(zāi)害點(diǎn)個(gè)數(shù)整體先增加，當(dāng)距離超過400 m后又呈下降的趨勢(shì)，接著在1 000 m之后趨于平緩；在200～400 m之間災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育個(gè)數(shù)最多，這是由于區(qū)域內(nèi)斷層發(fā)育較多，此距離范圍內(nèi)受到2條以上斷層的影響。分析得出此區(qū)域內(nèi)斷層對(duì)于滑坡、崩塌災(zāi)害的控制范圍都為1 000 m左右。

圖3 距斷層不同距離災(zāi)害發(fā)育規(guī)律Fig.3 Rule of disaster development at differentdistances to fault

3.3 災(zāi)害與高程的關(guān)系

研究區(qū)地形起伏較大，將數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS中與區(qū)域內(nèi)的災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行了分析。

分析結(jié)果(圖4)表明研究區(qū)內(nèi)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在2 000～2 500 m高程，占總體的70%；崩塌災(zāi)害主要發(fā)生在1 762～2 500 m高程，占崩塌災(zāi)害總數(shù)的76%。

圖4 滑坡、崩塌與高程的關(guān)系Fig.4 Relationship between collapse, landslide and elevation

3.4 災(zāi)害與河流水系的關(guān)系

河流對(duì)坡腳有沖刷、浸潤(rùn)等作用，又有相關(guān)學(xué)者的研究結(jié)果表明黏性土與河水作用后，重塑土的微結(jié)構(gòu)和抗剪強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生一定變化[8]，因此河流水系是災(zāi)害發(fā)生的影響因素之一?；贏rcGIS分析區(qū)域內(nèi)河流水系與災(zāi)害的規(guī)律，結(jié)果如圖5所示。

圖5 距河流水系不同距離災(zāi)害發(fā)育規(guī)律Fig.5 Rule of disaster development atdifferent distances to river

根據(jù)分析可知，隨著距離的增大，每100 m范圍內(nèi)的滑坡、崩塌發(fā)育個(gè)數(shù)基本呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)，到一定距離之后，災(zāi)害個(gè)數(shù)開始穩(wěn)定。以上規(guī)律表明，區(qū)域內(nèi)河流水系對(duì)于災(zāi)害的發(fā)生具有控制作用，其中對(duì)滑坡災(zāi)害的控制范圍約為500 m，對(duì)崩塌災(zāi)害發(fā)生的控制范圍約為400 m。

3.5 災(zāi)害與坡度的關(guān)系

坡度是影響坡體穩(wěn)定的重要因素之一。隨著坡體坡度的變化，坡體中的應(yīng)力分布會(huì)相應(yīng)變化，最大應(yīng)力出現(xiàn)的部位也會(huì)產(chǎn)生一定的變化[9]，從而影響坡體的穩(wěn)定性。對(duì)研究區(qū)130個(gè)災(zāi)害點(diǎn)的坡度進(jìn)行分析，結(jié)果顯示區(qū)域內(nèi)滑坡災(zāi)害主要發(fā)生在20°～40°的斜坡上，共59處，占總體的73.8%(圖6)；崩塌災(zāi)害主要發(fā)生在20°～50°的斜坡上，共發(fā)生了47處，占總體的94%。區(qū)域內(nèi)滑坡、崩塌災(zāi)害主要發(fā)生在20°～50°的斜坡上，共發(fā)生了111處，占研究區(qū)內(nèi)總數(shù)的85.38%。

3.6 災(zāi)害與坡向的關(guān)系

斜坡的朝向不同，使得土體中的含水率、植物覆蓋率、土壤中的腐殖質(zhì)等有一定差別[10-13]，以上幾種因素均可能導(dǎo)致斜坡巖土體的強(qiáng)度不同，從而影響災(zāi)害的發(fā)育?；谝陨显颍瑢⑵孪蚍譃镹(337.5°—22.5°)，NE(22.5°—67.5°)，E(67.5°—112.5°)，SE(112.5°—157.5°)，S(157.5°—202.5°)，SW(202.5°—247.5°)，W(247.5°—292.5°)，NW(292.5°—337.5°)8個(gè)方向?qū)ρ芯繀^(qū)各個(gè)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)的坡向進(jìn)行分析，如圖7所示。

圖7 滑坡、崩塌的坡向方位規(guī)律Fig.7 Collapses and landslides in slopes ofdifferent aspects

分析表明區(qū)內(nèi)滑坡在北西向(NW)以及正北向(N)發(fā)育較少，僅有4處，僅占5%，在其他朝向的坡體上均有分布，其中在南西向(SW)最為發(fā)育，共22處，占27.5%；崩塌主要發(fā)育在正東向(E)、南西向(SW)、南東向(SE)、正西向(W)的坡體上，共40處，占80%，在其余方向零星分布。

3.7 災(zāi)害與道路的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)地形地貌多變，道路等難免會(huì)建在坡體上。修建道路可能會(huì)使坡面巖體裸露；在進(jìn)行爆破等工程活動(dòng)時(shí)可能會(huì)使巖體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生松弛；削坡建路還會(huì)改變巖體的天然應(yīng)力狀態(tài)；還有學(xué)者研究得出人類活動(dòng)帶來的微小外界擾動(dòng)(如車輛行駛帶來的振動(dòng))也會(huì)引起邊坡的變形破壞[14-15](圖8)?；谝陨显颍瑢?duì)研究區(qū)內(nèi)的災(zāi)害點(diǎn)距道路的距離進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析(表2)。

圖8 修建公路引發(fā)的滑坡Fig.8 Landslide caused by road construction

距離/m滑坡崩塌數(shù)量/處百分比/%數(shù)量/處百分比/%[0,100]3645.02040(100,200]2227.52040(200,300]1012.524(300,400]45.0612(400,500]22.512(500,600]45.000>60022.512

分析發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)滑坡大部分發(fā)育在距道路300 m范圍內(nèi)，占了總數(shù)的85%，距道路300 m之后，每100 m范圍內(nèi)的滑坡都在4處以下；區(qū)域內(nèi)大部分崩塌災(zāi)害都發(fā)生在距道路200 m的范圍內(nèi)，占了總數(shù)的80%，200 m之后崩塌災(zāi)害零星分布。以上現(xiàn)象表明研究區(qū)內(nèi)的災(zāi)害受到了道路的影響，其中道路對(duì)滑坡的影響范圍大約為300 m，對(duì)崩塌的影響范圍約為200 m。

4 結(jié) 論

(1)在研究區(qū)域內(nèi)選線路時(shí)應(yīng)盡量避開奧陶系吾力溝組(O1w)、三疊系西康群(Txk)、三疊系巴東組(T2b)的地層。

(2)研究區(qū)內(nèi)斷層對(duì)滑坡、崩塌的發(fā)育具有控制作用，其對(duì)滑坡和崩塌的控制范圍均為1 000 m。在繼續(xù)修建公路時(shí)應(yīng)盡量避開斷層尤其是避開斷層上盤。

(3)研究區(qū)內(nèi)70%的滑坡災(zāi)害發(fā)育在2 000～2 500高程范圍之內(nèi)，76%的崩塌發(fā)育在1 762～2 500 m的高程范圍內(nèi)，85.38%的滑坡、崩塌災(zāi)害發(fā)育在20°～50°的斜坡中。

(4)選擇道路線路時(shí)應(yīng)盡量選擇正北、正東、北西向坡度較緩的斜坡。

(5)切坡建路后應(yīng)適當(dāng)對(duì)路基及切出的較陡斜坡進(jìn)行加固。