王忠禹，宋立東，宋林旭

（中國地質(zhì)調(diào)查局牡丹江自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江 牡丹江 157000）

牡丹江市區(qū)主要災(zāi)害類型有滑坡、泥石流和河岸崩塌等，規(guī)模不大，分布較零散，只有少數(shù)滑坡、泥石流及河岸崩塌等災(zāi)害點。而崩塌作為牡丹江市區(qū)主要災(zāi)種之一，大多分布于人類活動頻繁的低山丘陵區(qū)，其巖性大多為變質(zhì)巖、風(fēng)化花崗巖及部分玄武巖等。南岔村崩塌群的災(zāi)害防治問題，始終為牡丹江市、牡丹江市陽明區(qū)和各級人民政府高度重視對象，多年來，做了大量工作，并申請省財政地質(zhì)災(zāi)害治理資金，修建了較為簡易的防災(zāi)減災(zāi)工程，在一定程度上減輕了各種地質(zhì)災(zāi)害的危害，但受資金所限，各種地質(zhì)災(zāi)害隱患依然存在。本文結(jié)合以往的調(diào)查數(shù)據(jù)成果，利用無人機傾斜攝影、三維實景建模技術(shù)，進一步分析南岔村崩塌群的成災(zāi)機理，評估災(zāi)害體的威脅對象，提出地質(zhì)災(zāi)害防治建議，為政府減災(zāi)防災(zāi)力量體系建設(shè)提供技術(shù)參考。

1 環(huán)境地質(zhì)背景

1.1 地理環(huán)境

牡丹江市陽明區(qū)鐵嶺鎮(zhèn)南岔村位于市區(qū)東北部，距離鐵嶺鎮(zhèn)約10 km，全村沿東西向村村通公路兩側(cè)條帶狀分布。南側(cè)為牡丹江水系支流，北側(cè)緊鄰陡峭山體，山體陡峭，巖石風(fēng)化強烈，經(jīng)常性發(fā)生巖石崩塌和小規(guī)模土體滑坡，尤其是在春天冰雪消融和夏季雨水集中季節(jié)，崩塌愈發(fā)頻繁，嚴重威脅村里居民的生命和財產(chǎn)安全。災(zāi)害區(qū)地勢東高西低、北高南低。最高海拔位于南岔下屯北山，高程為431 m；最低海拔位于西南部，高程為265 m。相對高差166 m，屬淺切割低山丘陵區(qū)。

1.2 地層巖性

區(qū)域內(nèi)分布大面積黑龍江巖群，出露面積約為21 km2，巖性以綠泥鈉長片巖、白云母鈉長（石英）片巖、斜長綠簾角閃片巖、二云鈉長片巖為主，巖石有些含少量石榴石。巖石層理產(chǎn)狀接近垂直，傾向北西；巖風(fēng)氧化程度高，層理、節(jié)理發(fā)育，多碎裂、多泥化；局部可見褶皺層理，產(chǎn)狀變化較大。巖石破碎程度高，具有明顯糜棱巖化蝕變，碎塊間裂隙被巖屑和泥質(zhì)填充，透水性較強，穩(wěn)定性較差[1]；巖石沿片理、節(jié)理碎裂呈大小不一的巖塊，在重力作用下順坡滑移、墜落，在分類上屬滑移式崩塌及淺層巖土體滑坡。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

調(diào)查區(qū)所屬區(qū)域原始構(gòu)造格架屬于收縮擠壓變形構(gòu)造，在早期順層固態(tài)流變構(gòu)造群落基礎(chǔ)上，受變形緊密擠壓形成褶皺，同時形成了北東東向—近東西向的韌性剪切變形帶，范圍為頭道嶺—青梅一帶，呈北東—北東東向展布。大體可分3期變形構(gòu)造：第一期變形構(gòu)造以形成片內(nèi)無根褶皺為其主要特點，規(guī)模小且不連續(xù)，無區(qū)域規(guī)律可循；第二期變形構(gòu)造發(fā)育較普遍，規(guī)模一般在十幾厘米至幾米，褶皺變形所形成的S2面狀組構(gòu)為區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造，規(guī)模不等，形態(tài)也較復(fù)雜；第三期變形構(gòu)造強度比前2期弱得多，以大規(guī)模的寬緩褶皺和伴生的脆性逆沖斷裂為主要變形特點[2]。

2 傾斜攝影及模型建立

無人機傾斜攝影技術(shù)是將多臺不同角度的航攝儀搭載在同一飛行平臺上，并利用飛行控制系統(tǒng)攜帶精確導(dǎo)航信息和曝光控制器記錄下來拍攝瞬間的飛行姿態(tài)，包括影像POS點位置、外方位元素等參數(shù)，可以實現(xiàn)從多個角度獲取地面影像。運用傾斜攝影測量技術(shù)，突破了傳統(tǒng)正射航空攝影只能在垂直角度獲得小時影像的局限性，能夠真實地還原地物的本來面貌。基于機載傾斜相機的真三維實景影像具有真實、快速的特點，可真實映射三維世界、表達連續(xù)屬性在空間上的變化情況，對于南岔村崩塌群的實地調(diào)查有著突出的技術(shù)優(yōu)勢[3]。

2.1 數(shù)據(jù)獲取

由于場地限制，選取對南岔村威脅較為嚴重的西側(cè)不穩(wěn)定邊坡進行模型建立，數(shù)據(jù)獲取主要依靠大疆M300RTK四旋翼無人機搭載睿博DG3 Pros五鏡頭傾斜攝像機。飛機軸距895 mm，最大載重2.7 kg，巡航速度12 m/s，搭載鏡頭CMOS傳感器，鏡頭總像素1.2億，經(jīng)測算，調(diào)查區(qū)域總面積為0.42 km2，采用70%旁向重疊和80%航向重疊進行拍攝，共5組影像7 940張照片，190.2 GB像素[4]。

2.2 數(shù)據(jù)處理及模型建立

無人機航飛作業(yè)時，存在較多的外界和人為干擾因素，拍攝的照片會不可避免地存在模糊、畸變、重疊度低、分辨率差等問題。因此，在進行三維立體重建前，需要進行照片檢查和預(yù)處理，形成點云數(shù)據(jù)并進行空間三角測量，如圖1所示。在ContextCapture（原Smart 3D）自動建模軟件系統(tǒng)中加載Block文件引入測區(qū)影像及控制點數(shù)據(jù)，人工對控制點及影像進行關(guān)聯(lián)，然后采用光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差。以一張照片組成的一束光線作為一個平差單元，以中心投影的共線方程作為平差單元的基礎(chǔ)方程，通過各光線束在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，使模型之間的公共光線實現(xiàn)最佳交會，將整體區(qū)域最佳地加入到控制點坐標系中，從而恢復(fù)地物間的空間位置關(guān)系[5]。

影像經(jīng)過密集匹配后得到大量特征點，由特征點可以構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，不規(guī)則三角網(wǎng)通過軟件的自動優(yōu)化和邊緣處理可以實現(xiàn)地表模型初步構(gòu)建[6]，而經(jīng)過多角度影像紋理的自動映射，形成了南岔村崩塌群實景三維模型，如圖2所示。

3 災(zāi)害特征及成因分析

3.1 災(zāi)害特征及現(xiàn)狀分析

通過三維實景模型及實地調(diào)查分析，南岔村崩塌體的形成以人為因素為主，由于較早時期南岔村民建房時開挖取土石形成的人工掌子面較陡，后期為拓展院落進行不合理的采石開挖，形成如今的形態(tài)。掌子面高從幾米到幾十米，最高的掌子面約50 m，形成向南部坳伸的弧形陡傾采掘面，采掘面坡度在35°～80°之間，一般多在50°～70°之間[7]。掌子面呈東西向展布，緊鄰居民民宅，最近處距離民宅不足2 m。通過模型監(jiān)測和現(xiàn)場驗證，在掌子面上緣山坡上，有不同規(guī)模的裂縫出現(xiàn)。據(jù)村民反饋，地裂縫現(xiàn)階段張裂速度有加劇的趨勢，在雪水滲入、潤滑、凍融、自然卸荷與強降雨等自然因素影響下，極易發(fā)生瞬間張裂，引起規(guī)模性滑塌。目前，掌子面上緣表層的坡積及風(fēng)化強烈的不穩(wěn)定碎石土，隨時會發(fā)生崩落現(xiàn)象，甚至碗口粗的樹木會一并滑落下來。部分地段雖已建有擋土隔離墻，但防護作用有限，局部滑塌的巖土體已經(jīng)越過，并摧毀掩埋擋土墻。

構(gòu)成掌子面的巖性為中元古界黑龍江巖群斜長角閃片巖、二云鈉長石英片巖、白云母石英鈉長片巖和二云鈉長片麻巖等，巖石片理、節(jié)理發(fā)育，在分類上屬滑移式崩塌及淺層巖土體滑坡。

其中危險性較大的區(qū)域有南岔村西口到N07點之間，N09—N10點之間，如圖3所示。N11—N12點之間掌子面高度相對較低，至災(zāi)的程度相對較小。南岔村西部其他的區(qū)域，山坡基本上未受破壞，植被覆蓋較好，未見明顯的地質(zhì)災(zāi)害隱患。在東部，即原新富村的區(qū)域，人工開挖形成的掌子面一般小于6 m，且由于表層巖石風(fēng)化強烈，掌子面上部多為砂土狀。由人為因素引起的地質(zhì)災(zāi)害的危險性不大。但是在山頂存有大量不穩(wěn)定裸巖，遇到降雨天氣或人為等外力擾動因素影響，極易發(fā)生崩落滑塌至山腳民宅區(qū)域，能量大者有可能飛濺滾動至公路南側(cè)居民區(qū)。據(jù)研究顯示，當(dāng)?shù)囟嘤斜浪膲K石砸壞房屋、牛舍、圍墻的情況發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，南岔村西部人為挖掘和因挖掘產(chǎn)生滑落的山體延伸長度約接近840 m，南岔村東部受山頂自然危巖體威脅的區(qū)間長度約739 m。受威脅的區(qū)域占南岔村總數(shù)的50%以上。

圖3南岔村崩塌群地質(zhì)條件平面示意圖

3.2 地質(zhì)條件及成因分析

產(chǎn)生巖石滑移崩塌的地質(zhì)體位于牡丹斷裂東側(cè)，該區(qū)域是黑龍江巖群地質(zhì)體出露比較集中的地區(qū)，整體呈北東向展布，從刀把溝、南岔村向東至磨刀石、下城子一帶連續(xù)分布。黑龍江巖群形成于中元古代，是中國最為古老的變質(zhì)巖之一，與古元古代侵入巖和興東巖群呈構(gòu)造接觸，被華力西期、印支期、燕山期花崗巖多期侵入，經(jīng)歷了多期次的地質(zhì)事件，巖石受后期改造強烈[8]。尤其是后期疊加變形構(gòu)造活動（即造山晚期收縮擠壓變形構(gòu)造運動）對巖石物理性質(zhì)影響最大，其結(jié)果就是巖石內(nèi)發(fā)生糜棱巖化蝕變和形成及糜棱片巖帶，局部發(fā)生脆性斷裂，形成破碎帶；巖石固結(jié)程度大幅度降低，透水性增強，風(fēng)化、氧化的外力作用進一步增強了巖石的松軟度，形成軟弱帶。后期采石施工時在山坡腳開挖，形成山坡臨空面，上部失去支撐，巖石在重力作用下滑落崩塌，形成地質(zhì)災(zāi)害，局部亦有可能沿軟弱帶形成山體滑坡、拉伸形成地裂縫等[8]。

4 危險性分析

南岔村西部山體相對高差不大，自然形成的坡度一般在25°～30°，植被覆蓋較好，如圖4所示。調(diào)查時發(fā)現(xiàn)在N03—N04點之間的掌子面上部，存在一處東西向的裂縫，裂縫延伸約120 m，在裂縫處已經(jīng)形成位移，上下臺階之間高差約3～5 m。推測深部可能存在軟弱滑動面，一旦在強降雨的影響下，發(fā)生大規(guī)模的滑坡，將給村民帶來巨大的經(jīng)濟和人身傷害。此外在人工掌子面上也發(fā)現(xiàn)由于巖體蠕動下滑，巖石原有的產(chǎn)狀及片理面已經(jīng)明顯改變。南岔村西部小型崩塌及滑坡的危險性極高，需要時刻防范，及時采取應(yīng)對措施。南岔村東部，現(xiàn)階段危巖體處于不穩(wěn)定階段，主要表現(xiàn)為山體較高，相對高差80～100 m，山坡坡度30°～45°，山頂巖體片理、裂隙發(fā)育，貫通巖體，將巖體切割成塊狀單元體，巖體表面突兀明顯，巖石裸露，植被覆蓋較差。在春季解凍及雨季時，常有石塊崩落下來。山體緊鄰民宅及通村公路，隨時危及居民、過往行人及車輛安全；南岔村東部，即原新富村是受崩塌威脅的主體區(qū)，如圖5所示，在山頂及采掘掌子面上存有大量不穩(wěn)定石塊，遇到降雨天氣或人為等外力擾動因素影響，極易發(fā)生崩落滑塌至山腳民宅區(qū)域，能量大者有可能飛濺滾動至公路南側(cè)居民區(qū)。這一區(qū)域的崩塌威脅主要受自然條件的影響，偶然性災(zāi)害發(fā)生的概率較大，整體的相對穩(wěn)定性強于西部，局部山體有開裂存在，若為山體滑動導(dǎo)致，那么該處也存在滑坡的可能性[9]。

圖4 南岔村西部危掌子面斜坡

圖5 南岔村東部危巖體

5 防治建議

危巖清除：對于危險性較大、地勢較高的凌空出露巖體進行人工削坡排險，排險遵循由上到下、分層處置的原則，對于規(guī)模較大的危巖體應(yīng)分割逐步處理，避免在處置過程中發(fā)生二次災(zāi)害，處置過程中下方居民應(yīng)撤離至安全區(qū)避險[10]。

防護網(wǎng)：防護網(wǎng)分為主動防護網(wǎng)和被動防護網(wǎng)，對于一些規(guī)模較大、爆破易對下方房屋等建筑造成危險的危巖體采用主動防護網(wǎng)加固，防護網(wǎng)采用鋼索和錨桿加固；在高差較大區(qū)域布設(shè)被動防護網(wǎng)，阻擋滑落巖塊對居民和房屋建筑的損壞[11]。

構(gòu)筑擋墻：在受威脅房屋后方山腳處修筑重力式擋墻，防治山體進一步滑塌崩落，威脅居民生命財產(chǎn)安全，同時也防止居民對山體進一步開挖，造成破壞，擋墻高度依據(jù)山體受破壞程度和上部危巖體規(guī)模進行調(diào)整。