浮山縣崩塌和不穩(wěn)定斜坡發(fā)育規(guī)律及孕災(zāi)背景

侯 宏 亮

(山西華冶勘測工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030002)

0 引言

為了核實浮山縣境內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害基本情況，摸清災(zāi)害底數(shù)，以更好地輔助當(dāng)?shù)馗骷壊块T開展防災(zāi)減災(zāi)和城鄉(xiāng)規(guī)劃等工作，2016年—2017年，浮山縣完成了地質(zhì)災(zāi)害的詳細(xì)調(diào)查工作。通過調(diào)查共確定地質(zhì)災(zāi)害隱患點55處，其中崩塌15處，滑坡1處，泥石流12處，不穩(wěn)定斜坡13處，地面塌陷14處。

崩塌和不穩(wěn)定斜坡數(shù)量占全縣總數(shù)的51%，崩塌和不穩(wěn)定斜坡較之其他地質(zhì)災(zāi)害而言，具有“突發(fā)”“頻發(fā)”“易忽視”“致災(zāi)性強(qiáng)”等特點，是地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和防治工作的重點及難點，因此亟待分析其發(fā)育規(guī)律和孕災(zāi)背景。

1 浮山縣地質(zhì)環(huán)境概況

浮山縣地處臨汾盆地東緣，境內(nèi)溝壑縱橫，丘陵起伏，地形復(fù)雜。地勢東高西低，中部有小面積平原。海拔582 m～1 514 m，縣城海拔800 m。

據(jù)浮山縣氣象站1986年—2016年資料，該縣年平均氣溫11.04 ℃；年最高氣溫多年平均值為36.2 ℃；年最低氣溫的多年平均值為-14.8 ℃；浮山縣全年平均無霜期210.4 d，最少年份189 d，最多年份245 d。

降雨量年際差異很大，多年平均降雨量529.97 mm，年最大降雨量925.4 mm(2003年)；降水量空間分布變化較大、不均衡，由東南向西北遞增，降雨主要集中在7月～9月。歷年單日最大降水量為95.2 mm(2003年的8月26日)，12 h最大降水量1 054 mm(1982年7月30日)，1 h最大降水量58.1 mm(1996年7月18日)，10 min最大降水量19.9 mm(2010年9月1日)。

縣域西部廣泛分布黃土，東部、南部為基巖山區(qū)，出露的地層由老到新有：古生界奧陶系、石炭系、二疊系、中生界三疊系，新生界新近系和第四系。

地質(zhì)構(gòu)造以祁呂構(gòu)造體系和新華夏構(gòu)造體系為主，南北向又受控于中條山和太岳山構(gòu)造帶的影響，縣域南部燕山期侵入巖體較發(fā)育，因而構(gòu)造較復(fù)雜。

新構(gòu)造運動在區(qū)內(nèi)以差異性升降運動為主。因為地處臨汾盆地邊緣，縣內(nèi)地震頻發(fā)，按照GB 18306—2015中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，浮山縣的抗震設(shè)防烈度為8度，地震動峰值加速度0.20，反應(yīng)譜特征周期0.40(其中，寨圪塔鄉(xiāng)0.10g/0.45 s)。

根據(jù)含水介質(zhì)的特征、賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，浮山縣地下水可分為：碎屑巖裂隙水，碳酸鹽巖巖溶水，碎屑巖夾碳酸鹽層間巖溶裂隙水，巖漿巖、變質(zhì)巖裂隙水和松散巖類孔隙水5種類型。

浮山縣人類工程活動的強(qiáng)度和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平，是地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的主要背景，這使得浮山縣地質(zhì)災(zāi)害特征與周邊縣(市)相比具有極大的相似性，又有自身獨特性。

2 崩塌、不穩(wěn)定斜坡類型

縣域內(nèi)的15處崩塌，均分布在X933公路和X540公路兩側(cè)，13處不穩(wěn)定斜坡主要分布在X540公路和縣鄉(xiāng)公路兩側(cè)。按照物質(zhì)組成、崩塌體體積、穩(wěn)定性和變形模式4個方面進(jìn)行了分類(見表1)。

表1 崩塌、不穩(wěn)定斜坡類型劃分

3 地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害

3.1 地形地貌與地質(zhì)災(zāi)害

依據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，分別從宏觀地貌和微觀地貌(分布高程、坡高、坡度和坡型)統(tǒng)計了地形地貌與崩塌和不穩(wěn)定斜坡形成與發(fā)育之間的關(guān)系(見表2)。

表2 各地貌單元內(nèi)崩塌和不穩(wěn)定斜坡發(fā)育情況統(tǒng)計表

地形地貌是崩塌和不穩(wěn)定斜坡形成及發(fā)育的先決條件[1]，斜坡的幾何形態(tài)決定了崩塌和不穩(wěn)定斜坡坡體內(nèi)應(yīng)力的大小與分布，控制著斜坡的穩(wěn)定性與變形破壞模式[2]。崩塌多分布在剝蝕侵蝕低中山(Ⅲ1)和沖溝(Ⅺ2)地貌，分布高程集中于1 000 m～1 300 m區(qū)間；不穩(wěn)定斜坡多分布在破碎黃土塬(Ⅶ1)和梁狀黃土丘陵(Ⅶ2)地貌，分布高程集中于700 m～1 000 m區(qū)間(見表3)。

表3 崩塌和不穩(wěn)定斜坡高程分布統(tǒng)計表

坡高與地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生關(guān)系密切。坡高對坡體內(nèi)的應(yīng)力等值線影響較小，卻影響著坡內(nèi)各部位應(yīng)力值的大小，在相同條件下，坡高越大，應(yīng)力亦增大，斜坡體的安全系數(shù)減小[2]。崩塌、不穩(wěn)定斜坡的斜坡坡高多處于10 m～30 m區(qū)間(見表4)，這與削坡建窯、建房、切坡修路等人類工程活動破壞、影響的高度范圍密切相關(guān)。

表4 崩塌和不穩(wěn)定斜坡坡高統(tǒng)計表

坡度可以明顯地改變應(yīng)力的分布狀況，是影響斜坡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素(見表5)。坡度逐步增大，坡腳處應(yīng)力集中帶的最大剪應(yīng)力值亦增大，坡面表部張力帶范圍也逐步擴(kuò)大和增強(qiáng)[3]，促使斜坡變形失穩(wěn)。

表5 崩塌和不穩(wěn)定斜坡坡度分布統(tǒng)計表

斜坡按坡面形態(tài)可以劃分為4種基本類型，即凸型、凹型、直線型和階梯型[4]。其中正向類型包括凸型和直線型，負(fù)向類型包括階梯型和凹型。

坡型對斜坡的變形破壞模式和坡體穩(wěn)定性具有控制作用，其中正向類型的斜坡較負(fù)向類型的斜坡更易于形成崩塌及不穩(wěn)定斜坡且易于變形、失穩(wěn)(見表6)。主要是因為正向類斜坡應(yīng)力集中程度較高，穩(wěn)定程度較低，在外力及人類工程活動的影響下容易改變穩(wěn)定性，從而形成崩塌及隱患。

表6 各類坡型地質(zhì)災(zāi)害點數(shù)量統(tǒng)計表

3.2 地質(zhì)構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害

浮山縣處于臨汾盆地東緣，構(gòu)造發(fā)育，在縣境內(nèi)發(fā)育一系列走向北北東向的斷層，受構(gòu)造活動的影響，巖層節(jié)理發(fā)育，破碎，給崩塌及隱患的形成提供了條件。巖土體在地質(zhì)營力作用下形成的各種層理面、巖性界面、節(jié)理面、裂隙以及斷裂發(fā)育程度等因素是崩塌和不穩(wěn)定斜坡的控制性因素，以上因素除了將巖土體分割成不連續(xù)的狀態(tài)外，還為降雨等進(jìn)入斜坡提供了通道。

地層產(chǎn)狀是影響斜坡的穩(wěn)定性重要因素。巖層的傾斜方向與斜坡的坡向相反，則其穩(wěn)定程度較巖層順斜坡傾斜的大。巖層的傾斜方向與斜坡的坡向一致的情況下，斜坡的穩(wěn)定程度還取決于傾角的大小和破碎程度。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，當(dāng)節(jié)理順斜坡發(fā)育時，且發(fā)育在斜坡突出部位，最有利于形成崩塌及隱患。28處崩塌和不穩(wěn)定斜坡中，處于構(gòu)造帶及其范圍內(nèi)的有10處，占到總數(shù)的18.18%，其余巖質(zhì)崩塌均受控于節(jié)理面和裂隙面的發(fā)育程度、節(jié)理密度、貫通情況及與坡向的關(guān)系等。

3.3 巖土體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)災(zāi)害

縣域內(nèi)巖土體結(jié)構(gòu)按出露地層的巖土體工程力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征等劃分為4個大類，10個亞類，即：土體、碎屑巖、碳酸鹽巖和巖漿巖4類。其中土體和碎屑巖在縣域內(nèi)分布最廣，是崩塌和不穩(wěn)定斜坡發(fā)育的主要地質(zhì)條件(如表7所示)。

表7 地質(zhì)災(zāi)害在各巖土體亞類中的發(fā)育情況

崩塌主要發(fā)育在軟硬相間層狀砂泥巖巖組中，主要是碎屑巖受層理面、構(gòu)造面以及風(fēng)化、卸荷裂隙的控制，巖體破碎，不同巖性受差異風(fēng)化作用，泥巖多易風(fēng)化，工程地質(zhì)條件較差，使得砂巖突出，局部臨空失去支撐力。在重力作用、人工開挖邊坡、降水等因素的影響下易失穩(wěn)崩塌(見圖1)。

不穩(wěn)定斜坡主要發(fā)育在粘性土中，以棕紅色、紅色粉質(zhì)粘土為主，土質(zhì)均勻，緊密堅硬，有少量大孔，柱狀節(jié)理發(fā)育，不具濕陷性；中間夾有數(shù)層鈣質(zhì)結(jié)核層，灰白色致密不規(guī)則塊狀。不穩(wěn)定斜坡多因在粘性土斜坡上削坡建房、修筑公路，形成陡立邊坡，土體本身節(jié)理發(fā)育，在重力、降水、坡腳開挖、地震和其他因素的影響下很容易失穩(wěn)形成土質(zhì)崩塌(見圖2)。

3.4 水與地質(zhì)災(zāi)害

水對崩塌和不穩(wěn)定斜坡的影響主要有3方面，即降水、地表水和地下水。

降水是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害最主要的外在因素之一[5]。暴雨季節(jié)，降水在較短時間內(nèi)匯集，形成具有較強(qiáng)侵蝕能力的地表水流，經(jīng)常誘發(fā)崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。

地表水是塑造地形地貌的關(guān)鍵因素之一，尤其是在破碎黃土塬和梁狀黃土丘陵地貌中，地表水側(cè)向侵蝕、浸潤坡角，常常誘發(fā)黃土質(zhì)崩滑現(xiàn)象。在響水河、紅沙河、澇河、山交河等河谷均可見地表水作用的痕跡，在響水河河谷中可見河流截彎取直，形成的離堆山，此外中游由于河流底蝕作用，切割黃土塬，形成寬闊的U形谷，在河流側(cè)蝕作用下不斷地沖刷坡腳或者浸泡坡腳、削弱坡體支撐或軟化巖土體，降低了坡體強(qiáng)度，從而誘發(fā)崩塌(見圖3)。

地下水對斜坡的穩(wěn)定性起著重要控制作用[6]，地下水的運移使得巖土體的強(qiáng)度降低，坡體的應(yīng)力狀態(tài)改變，常導(dǎo)致斜坡出現(xiàn)變形或發(fā)生失穩(wěn)。

地下水活動的影響作用主要表現(xiàn)在以下4個方面：

1)斜坡體的上層滯水使得巖土體的自重增加，抗剪強(qiáng)度降低；

2)在透水性微弱的斜坡中，雨后坡體的裂隙水會對斜坡產(chǎn)生靜水推力；

3)動水壓力下，松散土體顆粒或巖體裂隙的充填物被搬運流失，擴(kuò)大了巖土體的間隙；

4)巖土體的裂隙水，增大了斜坡體的風(fēng)化速度和深度，使斜坡巖土體更為破碎。

3.5 植被與地質(zhì)災(zāi)害

植被對崩塌和不穩(wěn)定斜坡的影響主要有促進(jìn)作用和抑制作用兩方面。植物的根系對巖土體裂隙的形成和擴(kuò)大、坡體的破碎程度均有促進(jìn)作用，影響著斜坡的穩(wěn)定性。抑制作用主要表現(xiàn)為：1)截留降水，減少地表徑流及減弱潛蝕作用，降低坡面水流對巖土體的沖蝕量。2)改變坡體表層黃土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，在一定影響范圍內(nèi)增強(qiáng)了土體的整體性和穩(wěn)定性。土體的穩(wěn)定性與土壤的粘著力、內(nèi)摩擦力相關(guān)，植被根系提高了土體抗剪強(qiáng)度的能力[7]，部分嵌入基巖的植物根系還具錨固作用。

縣域內(nèi)植被種類較多，但多以灌木、荊條、苜蓿或雜類草為主，植物根系大多較淺，草皮層松軟，植被對巖土體的固定作用有限。相反，對局部已發(fā)生變形破壞的地段，坡體生長的巨大樹木和茂密的植被會增加巖土體的容重，對崩塌等的發(fā)生起促進(jìn)作用。

3.6 人類工程活動與地質(zhì)災(zāi)害

人類工程活動是崩塌和不穩(wěn)定斜坡形成的另一重要外在因素，主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)、新農(nóng)村建設(shè)，修建、新建各等級公路、鐵礦，開采煤、鐵等礦產(chǎn)資源。

縣域內(nèi)的13處不穩(wěn)定斜坡均因人工切坡而成，主要是切坡筑路和削坡建窯、建房(見表8)。有12處不穩(wěn)定斜坡的形成直接與削坡筑路有關(guān)，占不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的92.31%，僅1處不穩(wěn)定斜坡因削坡建窯形成，占實地調(diào)查不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的7.69%。

黃土斜坡：坡體主要由Q3,Q2黃土組成，坡面陡立，黃土裸露，垂直節(jié)理、柱狀節(jié)理發(fā)育，植被稀疏。局部發(fā)育有落水洞，坡面多見沖刷凹槽，坡腳由于切坡建房或削坡修路，多形成臨空面，局部已失穩(wěn)崩塌。

巖質(zhì)斜坡：主要分布于X933公路(辛沁線)和鄉(xiāng)道兩側(cè)(見表8)，坡體地層巖性為P2+T1砂巖夾泥巖，產(chǎn)狀近<10°，傾向西，節(jié)理、裂隙發(fā)育；由于修路，人工開挖坡體形成高陡邊坡，局部臨空，在風(fēng)化、雨水侵蝕及間斷性寒凍風(fēng)化作用影響下，常常有石塊滾落，威脅公路的正常通行。

表8 崩塌、不穩(wěn)定斜坡分布位置統(tǒng)計表 處

4 結(jié)語

本文通過對浮山縣地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查，結(jié)合室內(nèi)綜合分析，就浮山縣境內(nèi)崩塌、不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育規(guī)律及孕災(zāi)背景初步得出如下認(rèn)識：

1)浮山縣境內(nèi)的崩塌和不穩(wěn)定斜坡規(guī)模均以中、小型的為主；其中不穩(wěn)定斜坡以黃土質(zhì)為主，崩塌以巖質(zhì)為主，分布較廣、危害較大。

2)宏觀地貌上，剝蝕侵蝕低中山和沖溝兩類地貌地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)；微觀地貌上，坡高、坡型、坡度等因素控制斜坡的穩(wěn)定性。

3)地質(zhì)構(gòu)造為地質(zhì)災(zāi)害的形成和發(fā)育提供了有利條件；崩塌和不穩(wěn)定斜坡受控于構(gòu)造帶、節(jié)理面和裂隙面的發(fā)育程度、節(jié)理密度、貫通情況及與坡向的組合關(guān)系等。

4)軟硬相間層狀砂泥巖巖組和粘性土分別是崩塌和不穩(wěn)定斜坡發(fā)育和形成的主要地質(zhì)條件。

5)降水是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的觸發(fā)因素，地表水和地下水長期對坡體的地質(zhì)作用是斜坡穩(wěn)定性關(guān)鍵因素之一。

6)植被對斜坡的穩(wěn)定性表現(xiàn)出兩面性，總體上以促進(jìn)作用為主。

7)崩塌和不穩(wěn)定斜坡的形成與人類工程活動密切相關(guān)，28處地質(zhì)災(zāi)害隱患點中，除1處位于居民點周邊外，其余27處均集中分布于X933公路(辛沁線)、X540公路(古北線)兩側(cè)和縣道—鄉(xiāng)道之間。