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        習(xí)水河中游地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及影響因素分析

        2022-03-30 06:02:24徐大富
        山西建筑 2022年7期
        關(guān)鍵詞:面密度柵格斜坡

        徐大富,李 慶,馮 琪

        (成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院,四川 成都 610059)

        0 引言

        我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一,地質(zhì)災(zāi)害每年發(fā)生數(shù)量巨大,且發(fā)生次數(shù)逐年增加,在地質(zhì)災(zāi)害中損失的財(cái)產(chǎn)不計(jì)其數(shù),許多人也在地質(zhì)災(zāi)害中失去了生命,這嚴(yán)重阻礙了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1],嚴(yán)重威脅了人民群眾安全。近年來,為了減輕地質(zhì)災(zāi)害造成的危害,許多學(xué)者對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了研究,例如郭富赟等人對黃河流域甘肅段地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進(jìn)行了分析研究[2],萬佳威等人對西藏嘉黎斷裂帶沿線高位鏈?zhǔn)降刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征進(jìn)行了分析研究[3]。

        習(xí)水河中游位于赤水市,是赤水市內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育比較集中的區(qū)域,區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害總體上具有密度大,規(guī)模小、群發(fā)性和短時(shí)成災(zāi)特點(diǎn)。本文基于野外調(diào)查資料及收集資料總結(jié)了研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害種類及規(guī)模、形態(tài)特征、分布特征等發(fā)育特征,并進(jìn)一步對地形地貌、氣象條件、地層巖性及人類工程活動(dòng)等地質(zhì)災(zāi)害影響因素進(jìn)行了分析。

        1 研究區(qū)概況

        1.1 研究區(qū)范圍

        習(xí)水河為赤水市境內(nèi)赤水河右岸的第一大支流,河流總長116 km,流域面積約1 600 km2,總落差725 m。發(fā)源于習(xí)水縣寨壩,流經(jīng)赤水市石堡、官渡、長期、長沙四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)后進(jìn)入四川境內(nèi),在合江縣附近匯入赤水河。

        本文研究區(qū)位于習(xí)水河中游地區(qū),地理坐標(biāo)為東經(jīng)106°11′49″~106°02′10″,北緯28°29′10″~28°34′17″,包括官渡鎮(zhèn)及石堡鄉(xiāng)的中部和西北部分區(qū)域,南臨習(xí)水縣,北接合江縣,總面積為76 km2。

        1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

        研究區(qū)屬中亞熱帶溫?zé)釢駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū),全年降雨豐富,區(qū)內(nèi)近10 a平均降雨量為1 152.6 mm,且降雨時(shí)間集中,在7月、8月份多以暴雨形式降落。習(xí)水河為區(qū)內(nèi)主干河流,境內(nèi)河段長16.1 km,河谷呈“U”型,其支流主要為長嵌溝與淹灘河,分別以自西向東與自南向北的流向,在官渡鎮(zhèn)附近匯入習(xí)水河。

        在河流侵蝕及地質(zhì)構(gòu)造作用下,主要存在侵蝕低山溝谷地貌與侵蝕低中山峽谷地貌兩種地貌類型。其中侵蝕低山溝谷地貌主要分布在研究區(qū)域內(nèi)海拔300 m~700 m,相對切割深度200 m~400 m,谷寬40 m~80 m,地形坡度多為15°~30°,松散堆積層厚,人口密度大;低中山峽谷地貌分布在海拔700 m以上,峰頂呈平坦方山地形,嶺脊線似同一高度坡狀起伏,溪溝密度大,河谷深切,岸坡地形坡度陡峭,天然植被生長茂密,是區(qū)內(nèi)森林主要分布區(qū)。

        區(qū)內(nèi)出露地層分別為第四系殘坡積層、沖積層和洪積層,主要分布河谷及兩側(cè)階地,分布零星不連續(xù);白堊系嘉定群地層巖性為紫色、磚紅色石英砂巖夾暗紫紅色泥巖,主要分布于習(xí)水河谷兩岸斜坡上部近山頂?shù)貛?;侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組地層巖性為紫灰、灰綠色細(xì)粒砂巖與暗紫、紫紅色泥巖不等厚互層,主要分布在習(xí)水河沿岸的官渡背斜兩翼。

        四川盆地東部的川東高陡褶皺帶在南邊呈掃帚狀向西南方向擴(kuò)散,受其影響在研究區(qū)形成官渡背斜構(gòu)造,北西—南東走向,經(jīng)長沙、長期、官渡、石堡鄉(xiāng)鎮(zhèn),向東延至習(xí)水縣境內(nèi)。構(gòu)造褶皺寬緩,巖層傾角多在10°以下。斷層稀少,僅在官渡地區(qū)有南北向小斷層。受構(gòu)造與河流侵蝕影響,巖體總體發(fā)育沿習(xí)水河流經(jīng)方向的卸荷裂隙。

        2 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征

        2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患類型及規(guī)模

        研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)發(fā)育有滑坡、崩塌以及不穩(wěn)定斜坡三種類型,共計(jì)59處,以滑坡、崩塌為主。其中滑坡28處,占災(zāi)點(diǎn)總數(shù)的47.46%;崩塌27處,占災(zāi)點(diǎn)總數(shù)的45.76%;不穩(wěn)定斜坡4處,占災(zāi)點(diǎn)總數(shù)的6.78%,災(zāi)害點(diǎn)密度為78處/100 km2,數(shù)量較多;面密度為2.8 m2/(100 m)2,整體規(guī)模不大多為中小型,約占災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的94.92%,大型災(zāi)害點(diǎn)共有3個(gè),均為崩塌,約占5.08%(見表1)。

        表1 研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型及規(guī)模統(tǒng)計(jì)

        2.2 地質(zhì)災(zāi)害形態(tài)特征

        研究區(qū)內(nèi)滑坡(不穩(wěn)定斜坡)均為淺層土質(zhì)滑坡,最大推測滑動(dòng)深度6 m,主要深度2 m~3 m,所在斜坡形態(tài)主要為凹型或直線型斜坡?;滦螤疃喑拾雸A狀或圈椅狀,滑坡后壁不明顯,彎弧開口指向溝谷;后緣多為25°~35°的較陡斜坡,前緣多呈扇形、舌形;滑坡體長度主要集中在90 m~150 m間,其中長度大于100 m的有18處,占總數(shù)的64.29%;滑坡體寬度主要集中在20 m~100 m間,其中寬度在50 m~100 m的滑坡有17處,占總數(shù)的60.71%。

        區(qū)內(nèi)崩塌發(fā)育在凹型或階梯型斜坡中的陡崖處,其中中、大型崩塌主要發(fā)生在白堊系嘉定群組(Kjd)地層形成的高度超過80 m的陡崖,該類型陡崖發(fā)育危巖體體積較大且多位于陡崖中上部,陡崖下部堆積體連續(xù)分布,形成約30°斜坡,存在較多崩積碎塊石;小型崩塌主要發(fā)生在侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)巨厚層砂巖形成的約10 m的小陡崖,該類型陡崖在斜坡中呈階梯狀分布,巖體由于節(jié)理裂隙發(fā)育較密集,危巖體體積小而多,斜坡坡度約為10°~40°。

        2.3 地質(zhì)災(zāi)害分布特征

        1)空間分布特征:研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布具有總體分散局部集中的特點(diǎn),滑坡集中分布于習(xí)水河及其支流兩岸斜坡中下部,高程約300 m~500 m;崩塌總體分布較為分散,但大中型崩塌集中分布于兩岸坡頂位置,即高程大于700 m的區(qū)域。

        2)時(shí)間分布特征:根據(jù)野外調(diào)查資料,統(tǒng)計(jì)研究區(qū)已發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)變形跡象的時(shí)間,其在各月份分布結(jié)果如圖1所示,可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間主要集中于5月~7月份,占總數(shù)的67.31%。

        3 地質(zhì)災(zāi)害影響因素

        3.1 地形地貌

        研究區(qū)地處四川盆地與云貴高原的斜坡過渡地帶,這決定了區(qū)內(nèi)地表侵蝕強(qiáng)烈、地形高差大、斜坡多災(zāi)害的發(fā)展趨勢。由于區(qū)內(nèi)水系發(fā)育,在河流侵蝕作用下山體斜坡受到切割,形成較好的臨空面,為地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育提供了地形條件,因此地形地貌是影響習(xí)水河中游地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的內(nèi)因之一。

        為研究區(qū)內(nèi)高程、坡度與坡向三類地形因子對地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的影響情況,本文以區(qū)內(nèi)數(shù)字等高線所生成的DEM高程模型為依據(jù),利用ArcGIS軟件將高程按照100 m為間隔、坡度按照5°為間隔、坡向按照45°為間隔分別劃分成不同等級。通過ArcGIS軟件中重分類與統(tǒng)計(jì)分區(qū)工具,可得出研究區(qū)內(nèi)崩塌滑坡的面密度及柵格百分比,其中柵格數(shù)量百分比為崩塌(滑坡)柵格在不同等級所占柵格數(shù)量與全部崩塌(滑坡)所占柵格數(shù)量之比,面密度為崩塌(滑坡)柵格在不同等級所占柵格數(shù)量與該等級總數(shù)量之比。

        根據(jù)圖2,圖3可以發(fā)現(xiàn),崩塌在1 200 m高程范圍以內(nèi)均有分布,但主要集中在600 m~1 000 m范圍內(nèi),面密度最大值處于800 m~900 m范圍,而柵格百分比則在700 m~800 m范圍出現(xiàn)最大值;滑坡分布在600 m高程以內(nèi),面密度及柵格百分比變化趨勢基本一致,最大值均在300 m~400 m高程范圍內(nèi),之后隨高程增加而逐漸減小。

        如圖4,圖5所示,在0°~50°的坡度范圍內(nèi),崩塌面密度及柵格百分比皆隨坡度增加而增大,最大值出現(xiàn)在45°~50°范圍內(nèi),之后在50°~65°范圍內(nèi)逐漸減?。换旅婷芏扰c坡度的關(guān)系相對較小,在0°~40°的坡度范圍分布較為分散,通過柵格數(shù)量百分比可以看出滑坡集中發(fā)生在10°~20°坡度內(nèi)。

        如圖6,圖7所示,崩塌相對于坡向分布較為分散,面密度與柵格數(shù)量變化規(guī)律一致,在北、南、西北三個(gè)坡向上出現(xiàn)較大值,滑坡柵格數(shù)量在東南—西北(135°~335°)坡向范圍內(nèi),面密度在此范圍內(nèi)也較高,最大值在西南方向出現(xiàn)。

        通過以上結(jié)果可知,研究區(qū)內(nèi),當(dāng)高程為800 m~900 m,斜坡整體坡度為45°~50°,坡向?yàn)楸薄⒛?、西時(shí)易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害;當(dāng)高程為300 m~400 m,斜坡整體坡度為10°~20°,坡向?yàn)闁|南—西北時(shí)較易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

        3.2 氣象條件

        如圖8所示為區(qū)內(nèi)降雨量及溫度的變化情況。從圖8中可以得知,全年降水量集中于6月~9月份,降雨量約占全年降雨量的62.3%,降雨量大且集中為滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了條件,主要體現(xiàn)在其直接產(chǎn)生的沖刷作用加速了巖質(zhì)邊坡的風(fēng)化作用,也改變了坡體(巖體)自重,使斜坡內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,導(dǎo)致坡體出現(xiàn)變形、開裂等不良現(xiàn)象。另外,降雨沿著松散土體或基巖構(gòu)造節(jié)理、卸荷與風(fēng)化裂隙等空隙下滲,在相對隔水部位形成飽水帶,軟化巖土體,同時(shí)形成孔隙水壓力,降低巖土體強(qiáng)度,從而觸發(fā)滑坡、崩塌的發(fā)生。降雨的多少直接影響地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率[4],每年的雨季同時(shí)也是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)季節(jié)。

        氣溫對地質(zhì)災(zāi)害的影響相對較小,但也是不可忽略的因素之一,從圖8,圖9可以看見一年內(nèi)溫度變化情況,區(qū)內(nèi)年平均氣溫19.9 ℃,1月份氣溫最低,為7.5 ℃,7月份氣溫最高,為29.9 ℃???月份的平均溫差最大,為7.2 ℃;1月份平均溫差最小,小于2 ℃,區(qū)內(nèi)巖石導(dǎo)熱性較差,在長時(shí)間的溫差變化及溫度循環(huán)后,會對巖石的抗壓、抗拉強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生弱化,當(dāng)這種變化經(jīng)過長時(shí)間的積累,會使巖石內(nèi)部產(chǎn)生一些微小裂隙,裂隙不斷的增加合并,最終在巖體中產(chǎn)生較大裂隙,使巖石破碎,加速了巖質(zhì)邊坡的風(fēng)化變形,從而誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

        3.3 地層巖性

        地層巖性是孕育地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)條件,不同的巖土體性質(zhì)及組合方式會形成不同的地質(zhì)災(zāi)害類型,地層巖性是形成地質(zhì)災(zāi)害的內(nèi)因之一。在本區(qū)域內(nèi)巖土體較為簡單,主要為軟硬互層的砂泥巖及第四系覆蓋層。

        區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層主要為含碎石粉質(zhì)黏土及一些砂泥巖風(fēng)化殘積物,具有孔隙度大、結(jié)構(gòu)松散,吸水能力較強(qiáng),持水性差的特點(diǎn),其與下覆基巖存在滲透性、持水性等較大的差異,在降雨情況下,會在基覆界面形成暫時(shí)的飽水帶,形成飽水帶后,水體會軟化土層并對土體形成向上的浮托力;在持續(xù)降雨的情況下,地下水會沿著基覆界面運(yùn)移,逐漸形成滑動(dòng)面(帶),在強(qiáng)降雨或人類工程活動(dòng)的誘發(fā)下形成滑坡。

        研究區(qū)內(nèi)基巖主要為砂巖和泥巖。其中侏羅系地層巖性組合為砂巖泥巖互層,泥巖屬于軟弱巖層,易被風(fēng)化,當(dāng)泥巖上部為厚層砂巖時(shí),砂巖下部便會形成空腔(如圖10所示),加上研究區(qū)內(nèi)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育,巖石較為破碎,容易在自身重力的影響下形成后緣裂隙,并隨著時(shí)間不斷擴(kuò)大,在集中降雨或地震等外部因素下引起巖體裂隙貫通,并墜落至坡面,沿斜坡滾動(dòng),形成“自下而上”的小型墜落式崩塌。

        白堊系出露巖層主要為巨厚層石英砂巖,質(zhì)地堅(jiān)硬,其內(nèi)多發(fā)育有陡傾結(jié)構(gòu)面(主要為節(jié)理),使巖體整體呈板柱狀結(jié)構(gòu),陡傾的板柱狀巖體在自重彎矩作用下,于前緣開始向臨空方向彎曲,并逐漸向坡內(nèi)發(fā)展,彎曲的巖體之間互相錯(cuò)動(dòng)并伴有拉裂,彎曲體后緣出現(xiàn)拉裂縫,在此階段,可能會造成局部崩落,最后由于巖體的徹底斷裂,巖塊轉(zhuǎn)動(dòng)、傾倒[5],形成“自上而下”的中大型傾倒式崩塌。

        3.4 人類工程活動(dòng)

        隨著研究區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,研究區(qū)內(nèi)道路切坡及切坡建房現(xiàn)象不斷的加劇,不斷增加的道路工程及一些建房工程破壞了原有的自然斜坡,形成了高陡邊坡及巖土體剪出口,在暴雨情況下,可能就會形成局部的崩滑甚至斜坡整體滑動(dòng),極大地增加了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)調(diào)查,本區(qū)域共有8處地質(zhì)災(zāi)害隱患由工程活動(dòng)造成,占全部地質(zhì)災(zāi)害的13.6%,而且比例近年來還在不斷的增大,可見人類工程活動(dòng)已成為研究區(qū)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一(見圖11)。

        4 結(jié)語

        1)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要為滑坡、崩塌和不穩(wěn)定斜坡共59處,整體規(guī)模不大,主要為中小型,大型災(zāi)害點(diǎn)共有3個(gè),均為崩塌。研究區(qū)內(nèi)滑坡主要發(fā)生在凹型或直線型斜坡多呈半圓狀或圈椅狀;崩塌主要發(fā)生在凹型或階梯型斜坡,中大型崩塌主要發(fā)育在白堊系嘉定群組(Kjd)地層形成的高度超過80 m的陡崖,小型崩塌主要發(fā)生在侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)巨厚層砂巖形成的約10 m的小陡崖。

        2)研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害分布從空間上看具有總體分散局部集中的特點(diǎn),滑坡集中分布于習(xí)水河及其支流兩岸斜坡中下部;崩塌總體分布較為分散,但大中型崩塌集中分布于兩岸坡頂位置,從時(shí)間上看,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生主要集中于5月~7月份。

        3)研究區(qū)地形地貌為地質(zhì)災(zāi)害形成的內(nèi)因之一,通過對高程、坡度及坡向的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)高程為800 m~900 m,斜坡整體坡度為45°~50°,坡向?yàn)楸薄⒛?、西時(shí)易發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害;當(dāng)高程為300 m~400 m,斜坡整體坡度為10°~20°,坡向?yàn)闁|南—西北時(shí)易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

        4)研究區(qū)誘發(fā)因素主要為氣象條件及人類工程活動(dòng),其中降雨量大且集中為滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了條件,長時(shí)間的溫差變化及溫度循環(huán)使巖石更易破碎,加速了巖石的風(fēng)化變形;人類工程活動(dòng)會破壞原有的自然斜坡,形成的高陡邊坡及巖土體剪出口極大地增加了發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

        5)地層巖性孕育地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)條件,研究區(qū)內(nèi)巖土體主要為軟硬互層的砂泥巖及第四系覆蓋層。其中第四系覆蓋層由于其性質(zhì)易形成淺層滑坡,侏羅系地層砂巖泥巖互層形成一種“自下而上”的小型墜落式崩塌,白堊系巨厚層石英砂巖形成“自上而下”的中大型傾倒式崩塌。

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