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        八仙山巡護、科考線路地質(zhì)災害特征及危險性評估

        2021-03-11 07:38:34賈超詹健車路寬劉禧超肖飛
        礦產(chǎn)勘查 2021年11期
        關鍵詞:研究

        賈超,詹健,車路寬,劉禧超,肖飛

        (天津市地質(zhì)研究和海洋地質(zhì)中心,天津 300170)

        0 引言

        八仙山國家級自然保護區(qū)位于天津市薊州境內(nèi),距薊州城東北30公里,東鄰金碧輝煌的清東陵,西接巍峨壯觀的黃崖關長城,南瀕碧波蕩漾的翡翠湖,北依雄奇險秀的霧靈山,屬于世界瀕危與國家保護的動、植物100余種,還生息、繁衍著華北其他地區(qū)已經(jīng)稀少的物種。八仙山自然保護區(qū)是中國暖溫帶保存完好、結構完整的落葉闊葉林生態(tài)系統(tǒng)和暖溫帶植被類型的典型代表,是生物多樣性指數(shù)較高的地區(qū)和一些生物種質(zhì)基因庫(叢明旸等,2013)。

        八仙山具有較大的科學考察價值,經(jīng)常會有周邊大學和科研團體來考察學習,是重要的研究學習基地。八仙山管理局每年定期對八仙山進行巡護工作,包括清危排險、道路養(yǎng)護、防火、育林邊坡防護等。為了保護巡護和科考人員生命財產(chǎn)安全,天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所針對保護區(qū)入口至駱駝脖子山山腳巡護、科考線路沿線進行了地質(zhì)災害危險性評估(賈超等,2020①),依托本次評估工作,筆者對研究區(qū)進行了現(xiàn)場踏勘、調(diào)查,初步查明了地質(zhì)災害點分布、規(guī)模及發(fā)生發(fā)育過程,分析了誘發(fā)地質(zhì)災害的主要因素,對研究區(qū)進行了危險性分區(qū),提出了地質(zhì)災害的防治措施,為消除地質(zhì)災害隱患和下一步深入治理提供依據(jù)。

        1 地質(zhì)環(huán)境條件

        1.1 地形地貌

        研究區(qū)位于薊州北部,地貌類型屬于構造剝蝕中低山丘陵區(qū)。研究區(qū)整體為黑水河溝,地形從聚仙峰山頂向南降低。最高點位于聚仙峰山頂,高程為1046.8 m,最低點位于八仙山售票處,高程為260.0 m,地面相對高差786.8 m,地形復雜,地面坡度以大于30°為主。此外,研究區(qū)及周邊發(fā)育溝谷、河谷、小型沖溝、陡崖等微地貌,地貌類型多樣(圖1)。

        圖1 研究區(qū)三維圖

        1.2 地層構造

        八仙山位于薊州區(qū)北部山區(qū),根據(jù)《中國區(qū)域地質(zhì)志·天津志》(天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站,2017)介紹,八仙山區(qū)域上位于中朝準地臺燕山臺褶帶南緣,馬蘭峪復背斜的南西翼,構造形態(tài)相對復雜。出露的地層主要為太古宇角閃斜長片麻巖,元古界長城系常州溝組一段砂礫巖和二段石英砂巖、串嶺溝組一段頁巖及第四系沖洪積物(圖2)。

        圖2 研究區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)《天津市地質(zhì)環(huán)境圖集》(天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局,2004))

        研究區(qū)地質(zhì)資料豐富,天津市地質(zhì)調(diào)查研究所在1990編寫的《天津薊縣黃崖關幅等1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告》(田樹信,1990②)和天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站在2013年編寫的《天津市薊縣北部山區(qū)1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查評價報告》(盧長軍等,2013③),對研究區(qū)地質(zhì)條件作了詳細介紹。太古宇角閃斜長片麻巖(Argn)北西向條帶狀分布于評估區(qū)北端,片麻理走向近南北,略偏北西向,傾角一般大于80°,在表面上總體呈單斜層理的樣式,局部見小型褶皺。長城系常州溝組一段主要分布于研究區(qū)東北,為一套紫紅色、淺紅色礫巖、砂礫巖為主,夾含礫粗砂巖、石英砂巖,巖層傾向200°~210°,傾角30°~40°,角度不整合于太古宇角閃斜長片麻巖之上。長城系常州溝組二段主要分布于研究區(qū)西南,以灰白、白、淡紅色厚、中厚層石英砂巖為主,夾細礫巖、砂巖,巖層傾向210°~220°,傾角40°~50°,局部地段巖層產(chǎn)狀因斷裂或小型褶皺變化較大。長城系串嶺溝組一段分布于研究區(qū)北側(cè),為一套暗灰綠、深灰、黑色粉砂質(zhì)頁巖夾棕黃色砂巖,巖層傾向210°~230°,傾角30°~50°,與下伏常州溝組整合接觸。

        研究區(qū)及附近斷層較發(fā)育(曹忠權等,1982;姬廣義等,2005),斷層產(chǎn)狀復雜,性質(zhì)多樣、呈多期活動特點,按照主要成形期或活動期可分為早、晚兩個斷層群。研究區(qū)內(nèi)主要為早期斷層群,主要受區(qū)域上東西向褶皺群影響,以近直立逆斷層為主,走向北西,傾角70°~85°。研究區(qū)西側(cè)黃崖關斷裂帶為晚期逆斷層群,與區(qū)域上南北向褶皺群相應,走向北北東,傾角60°~70°。

        1.3 工程地質(zhì)條件

        研究區(qū)位于薊州最北部的構造侵蝕中低山區(qū),出露的地層巖性為長城系常州溝組一段的紫紅、淺紫紅色礫巖、砂礫巖為主,夾含礫粗砂巖、石英砂巖,上覆第四系殘坡積碎石、砂土。工程地質(zhì)層可分為中厚層堅硬石英砂巖中等風化巖組和松散巖類工程地質(zhì)巖類。

        1.3.1 中厚層堅硬石英砂巖中等風化巖組

        巖性主要為長城系常州溝組一段砂礫巖和二段石英砂巖,巖層整體為傾向南西的單斜構造,結構穩(wěn)定,巖石較堅硬,強度高,但由于地殼抬升及構造活動影響,局部形成陡崖峽谷地貌,巖石遭受風化剝蝕,強度有所降低,裂隙發(fā)育,透水性增加,為地質(zhì)災害的形成創(chuàng)造了條件。

        受北西向逆斷層影響,斷裂帶附近巖石破碎嚴重,節(jié)理、裂隙發(fā)育,強度低,易風化。風化后強度進一步降低,遇水易出現(xiàn)軟化、泥化作用,降低山體或邊坡穩(wěn)定性,易發(fā)生較大規(guī)模的崩塌和滑坡。

        1.3.2 松散巖類工程地質(zhì)層

        主要分布于坡度較小的溝谷處的殘坡積物,巖性較復雜,由顆粒較大的碎石土至顆粒較細粘性土均有分布,厚度一般30~80 cm。

        1.4 水文地質(zhì)條件

        研究區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖和砂礫巖、石英砂巖含水性質(zhì)基本相同?;鶐r裂隙含水巖組主要巖性為石英巖狀砂巖、含礫砂巖、礫巖、斜長角閃片麻巖等。地表裂隙發(fā)育,深度一般10~30 m,含水不均,富水性差,局部斷裂構造發(fā)育構成小的富水區(qū),單井涌水量小于500 m3/d,水化學類型為HCO3-Ca型,礦化度小于0.07~0.13 g/L(圖3)。

        圖3 研究區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)圖(據(jù)《天津市地質(zhì)環(huán)境圖集》(天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局,2004))

        1.5 人類活動

        八仙山作為天津市植被最為豐富,自然資源保持完好的保護區(qū),歷史上吸引了大批國內(nèi)外專家學者來此開展地質(zhì)、植被等科考研究工作,為保證人員安全,保護區(qū)在人員考察沿途和遺跡局部點位做過道路修建,邊坡整治、災害治理等工作,但由于沿線地形復雜、巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,巖層切割破碎部分地段比較嚴重,在極端天氣、地震等因素影響下,易出現(xiàn)崩塌、滑坡等地質(zhì)災害。

        2 地質(zhì)災害類型與發(fā)育特征

        2.1 地質(zhì)災害類型

        八仙山自然保護區(qū)位于薊州北部山區(qū),屬地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)(張全等,2003④;傅炳海等,2004⑤),地形地貌類型為構造剝蝕低山丘陵區(qū),區(qū)內(nèi)相對高差786 m。出露的巖性主要為碎屑巖,褶皺、斷層發(fā)育,節(jié)理裂隙等較發(fā)育,巖石較破碎。地表植被發(fā)育,草木繁茂。通過對研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件分析,結合現(xiàn)場實地調(diào)查,研究區(qū)存在的主要地質(zhì)災害災種為崩塌、滑坡。

        2.1.1 崩塌

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀發(fā)育崩塌(危巖)地質(zhì)災害,主要分布在工程線路劈坡一側(cè)以及局部突聳的高陡坡面,前者為修路人為挖坡形成,后者為構造、風化等形成的孤聳危巖及陡崖,二者在降水、融雪、樹木根劈、人為擾動等誘發(fā)因素下發(fā)生崩塌。

        根據(jù)各危巖體節(jié)理和裂隙發(fā)育情況,巖石完整性等特征以及各結構面赤平投影對其進行定性分析,在此基礎上做出穩(wěn)定性評價并預測穩(wěn)定性發(fā)展趨勢,對邊坡進行穩(wěn)定性分析評價,結論如下:自然狀態(tài)下節(jié)理發(fā)育不完全時巖體基本穩(wěn)定,當三組主控節(jié)理貫通并與產(chǎn)狀相連通時切割體處于不穩(wěn)定狀態(tài)而且此狀態(tài)并不受邊坡傾向影響,坡面與產(chǎn)狀順向時易形成牽引或傾倒式崩塌,坡面與產(chǎn)狀垂直時易產(chǎn)生傾倒式崩塌,坡面與產(chǎn)狀相反時易形成墜落式崩塌。

        (1)由于坡面和產(chǎn)狀傾向相反,整體坡面穩(wěn)定,但由于長期風化造成下部壓裂嚴重的坡面先風化,從而形成臨空面,當主控節(jié)理貫通坡面以后形成不穩(wěn)定的切割體,當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等沿節(jié)理破碎墜落,形成墜落式崩塌(圖4~5)。因此類地形易形成高陡邊坡,具有墜落高度高,落石能量大、沖擊強的特點。研究區(qū)內(nèi)典型點位:入口橋頭、萬卷天書、一線天、駱駝峰、聚仙峰。

        圖4 坡面和產(chǎn)狀傾向相反情況下落石示意圖

        圖5 坡面和產(chǎn)狀傾向相反情況下穩(wěn)定性分析圖

        (2)由于坡面和產(chǎn)狀傾向正交,整體坡面穩(wěn)定且抗剪能力極強,本次調(diào)查范圍內(nèi)這類邊坡是整個保護區(qū)內(nèi)相對穩(wěn)定的,但不排除在個別負地形存在的部位由于雨雪作用、冷熱變化等沿節(jié)理破碎墜落,形成墜落式崩塌(圖6~7)。調(diào)查范圍內(nèi)典型點位:研究區(qū)內(nèi)北東向貼崖壁道路、天梯。

        圖6 坡面和產(chǎn)狀正交情況下落石示意圖

        (3)由于坡面和產(chǎn)狀傾向同向,在層間有軟弱夾層或有易溶于水的層間填充物存在時整體坡面不穩(wěn)定,當主控節(jié)理貫通坡面并與產(chǎn)狀貫通后形成不穩(wěn)定的切割體,當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等產(chǎn)狀面滑落,形成滑坡或牽引式崩塌(圖8~9)。因此類地形在歷史上大多已滑塌,故目前這類地形高度相對較低,但一旦發(fā)生災害危害程度最大。調(diào)查范圍內(nèi)典型點位:研究區(qū)入口東側(cè)、南北向道路東側(cè)。

        2.1.2 滑坡

        研究區(qū)為典型砂巖單斜構造,故地質(zhì)災害的形成與地形坡型關系極大(李健雄等,2018;肖飛和殷明文,2020),從保護區(qū)入口—駱駝峰為典型的V形谷,滑坡地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)集中在評估區(qū)入口北側(cè)、南北向線路東側(cè),此類坡面和產(chǎn)狀傾向同向,在層間有軟弱夾層或有易溶于水的層間填充物存在時整體坡面不穩(wěn)定,當主控節(jié)理貫通坡面并與產(chǎn)狀貫通后形成不穩(wěn)定的切割體,當切割體遭受風化、雨雪作用、冷熱變化等產(chǎn)狀面滑落,形成滑坡(圖8)。

        圖7 坡面和產(chǎn)狀正交情況下穩(wěn)定性分析圖

        圖8 坡面和產(chǎn)狀傾向相同情況下落石示意圖

        2.2 地質(zhì)災害發(fā)育特征

        2.2.1 突發(fā)性與緩變性地質(zhì)災害并存、危害性大

        崩塌、滑坡等災害一般具有突發(fā)性的特點(劉振輝,2014),多數(shù)發(fā)生在汛期特別是暴雨天氣,其發(fā)育強度、密度和頻率與降雨量呈正相關,防范較為困難。研究區(qū)兩側(cè)邊坡高差大,坡度陡,巖石節(jié)理、裂隙極其發(fā)育,巖體局部破碎嚴重,威脅過往行人及車輛安全。

        2.2.2 災害發(fā)生時間及空間上具隨機性

        地質(zhì)災害的本質(zhì)是地質(zhì)體在各種因素作用下發(fā)生失穩(wěn)、變形及運動形成致災體并作用于受災對象,從而造成災害的地質(zhì)過程(楊予生等,2019)。由于致災體的變形破壞受控于多種不確定因素,因此決定了地質(zhì)災害的發(fā)生具有隨機性的特點,為地質(zhì)災害的防治工作增加了難度。。

        3 地質(zhì)災害危險性分區(qū)

        在綜合分析各區(qū)地質(zhì)災害危險性的基礎上,按照“區(qū)內(nèi)相似、區(qū)際相異”的原則對相關的區(qū)段進行優(yōu)化、合并,最終確定研究區(qū)地質(zhì)災害綜合分區(qū)評估。

        天津八仙山國家級自然保護區(qū)巡護、科考線路在1段、2段、3段、4段、5段、6段、7段、8段、11段、13段、14段地質(zhì)災害危險性大,安全性差;在12段地質(zhì)災害危險性中等,安全性基本安全;在9段、10段地質(zhì)災害危險性小,安全性安全(圖10)。

        圖9 坡面和產(chǎn)狀傾向相同情況下穩(wěn)定性分析圖

        4 防治措施

        地質(zhì)災害的防治應本著“以防為主,避讓與防治相結合”的原則,掌握時機,及早治理。針對地質(zhì)災害的類型、特點、發(fā)育強度、危險程度,區(qū)別對待,因地制宜,因災設防。防治措施應符合可行性、合理性、經(jīng)濟性的原則。

        根據(jù)綜合評估結果,將評估區(qū)防治措施等級劃分為一般防治區(qū)(中低風險路段)和重點防治區(qū)(危險性大路段)。

        4.1 一般防治區(qū)防治建議

        一般防治區(qū)地質(zhì)災害防治應以預防為主,嚴禁進行挖方、填方作業(yè),避免形成新的地質(zhì)災害隱患,引發(fā)或加劇現(xiàn)已存在的崩塌地質(zhì)災害。

        嚴禁順向切坡。施工期間,采取合理、科學的措施避免產(chǎn)生過大機械振動,從而引發(fā)或加劇現(xiàn)有崩塌地質(zhì)災害,造成不必要的人員傷亡和財產(chǎn)損失,施工中應嚴格做好施工檢驗工作。

        加強排水工程,設置合理的排水系統(tǒng)防止水流下滲,同時防止地表水對坡腳沖刷。

        對于崩塌體體積較小,僅在雨后才有墜石、剝落和小型崩塌的地段,可在坡腳或半坡上設置攔截構筑物。如設置落石平臺和落石槽以停積崩塌物質(zhì),修建擋石墻以攔墜石。

        4.2 重點防治區(qū)防治建議

        重點防治區(qū)不僅要實施一般防治區(qū)的防治措施,還要采取以下手段。

        對已存在的崩塌體,應做好警示標志,必要時清理表層的危巖和險石,設立圍擋設施進行防范。

        對地質(zhì)災害危險性大區(qū)的邊坡,應聘請符合相應等級的地質(zhì)災害勘查、設計、施工資質(zhì)要求的單位和專業(yè)人員依據(jù)不同的邊坡類型有針對性地做好邊坡穩(wěn)定性論證和邊坡防護設計、排水工作,以保證該區(qū)域內(nèi)人員的安全。

        邊坡治理工程施工期間及治理完成后,應加強地質(zhì)災害監(jiān)測,借助地質(zhì)災害測量儀器以及人為定期巡查,對重點線路的邊坡(危險性大路段)及有碎石堆積分布的長期進行重點監(jiān)測。

        注 釋

        ①賈超,詹健,車路寬.2020.天津八仙山國家級自然保護區(qū)巡護、科考線路地質(zhì)災害危險性評估報告[R].天津華北地質(zhì)勘查局地質(zhì)研究所.

        ② 田樹信.1990.天津薊縣黃崖關幅等1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].天津市地質(zhì)調(diào)查研究所.

        ③盧長軍,王鳳山,盧煜文,張洪來,鄭武利,等.2013.天津市薊縣北部山區(qū)1∶5萬地質(zhì)災害調(diào)查評價報告[R].天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.

        ④ 張全,周志勇,文秀明,李學寧.2003.天津市薊縣地質(zhì)災害調(diào)查與區(qū)劃報告[R].天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.

        ⑤ 傅炳海,解承祥,牛修俊.2004.天津市地質(zhì)災害防治規(guī)劃(2004年—2020年)[R].天津市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站.

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