長陽縣土質(zhì)滑坡易發(fā)程度分區(qū)研究

摘要：長陽縣地處鄂西山區(qū)，地形地質(zhì)條件復雜，滑坡體數(shù)量眾多，有限的財力無法滿足地質(zhì)災害防治的要求。為科學合理的對滑坡進行防治，在分析長陽歷年土質(zhì)滑坡的地質(zhì)資料基礎上，選取滑坡最主要的影響因素，利用分形統(tǒng)計學，定量分析滑坡頻率—規(guī)模、頻率—降雨量的分形特征；選取典型滑坡，利用FLAC3D軟件進行數(shù)值計算分析降雨對其穩(wěn)定性影響，進而劃分易發(fā)性分區(qū)，為地質(zhì)災害集中防治提供基礎資料。

關鍵詞：土質(zhì)滑坡；影響因素；分形維數(shù)；環(huán)境指數(shù)；易發(fā)性分區(qū)

引言

長陽自治縣地處鄂西山區(qū)，跨清江流域上中游，境內(nèi)高山林立，溝谷深切，大部區(qū)域為中高山區(qū)，地層出露廣泛。受山谷地形的影響，雨季縣內(nèi)氣候多呈現(xiàn)出強降雨型小氣候，暴雨頻現(xiàn)，年均降水量1366.2mm，歷史最大累積雨量為220mm，1小時最大雨量102mm。長陽縣特殊的地形地質(zhì)條件為滑坡等地質(zhì)災害提供了較為便利的條件。根據(jù)長陽縣國土資源局地質(zhì)災害防治中心的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2015年12月31日，全縣共統(tǒng)計地質(zhì)災害357處，其中滑坡212處，占地質(zhì)災害總數(shù)的59.38%，崩塌128處，滑坡、崩塌總方量63418.4×104m3。據(jù)統(tǒng)計，受災群眾高達22000人，經(jīng)濟損失近億元。地質(zhì)災害在全縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，以清江沿岸高斜坡上為主，誘發(fā)因素為強烈降雨、人類活動（城鄉(xiāng)、道路、水利建設）等。2016年，在極端天氣的影響下，長陽縣內(nèi)地質(zhì)災害頻發(fā)，長陽縣全年累計上報地質(zhì)災害258處。其中土滑152處，占據(jù)了五成以上，已成為長陽縣最易發(fā)，危害性最大的地質(zhì)災害。

長陽縣內(nèi)滑坡體數(shù)量眾多，地域廣大，作為國家級貧困縣，政府財力有限，僅對規(guī)模較大，影響人口眾多的滑坡體進行了監(jiān)測防治，而大多數(shù)的山區(qū)土質(zhì)滑坡僅依靠群測群防的措施來防治，在實際預報中，群測群防的簡易手段往往缺乏實時性、預測性。為彌補這些缺陷，利用統(tǒng)計學的理論，對長陽各鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行滑坡易發(fā)性分區(qū)研究，集中有限的財力人力，對高易發(fā)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行重點防治，是減少地質(zhì)災害損失的可行之策。

1.長陽土質(zhì)滑坡研究現(xiàn)狀

在此基礎上，選取了影響土質(zhì)滑坡的主要因素坡高、坡度、地層巖性、地質(zhì)構造、降水量，對滑坡進行分形和變維分形研究，計算出5個影響因子的分形維數(shù)。分形結果詳見表1。

分析得出，長陽縣土質(zhì)滑坡累計頻率—規(guī)模、頻率—降水量服從分形分布，并計算得到引發(fā)超過75%的滑坡的累計降水閾值Xm分別為58mm（1天）、65mm（3天）、135mm（5天）；滑坡空間分布與不同影響因子，即高程、坡度、地層巖性、地質(zhì)構造和降水量之間全部呈一階累計和變維分形分布特征，且分形維數(shù)分別是0.6287、0.9418、1.2608、1.1194、1.4542。

2.降雨條件下的滑坡穩(wěn)定性分析

在長陽縣歷年統(tǒng)計的滑坡中，以土質(zhì)滑坡為主，巖質(zhì)滑坡較少，規(guī)模以中小型滑坡居多。滑坡野外調(diào)查結果顯示，在其發(fā)育特征、影響因素方面，表現(xiàn)較多的共性。其中，滑坡共性特征為地面出現(xiàn)裂縫，局部下陷、隆起、位移，局部崩塌、地下水水位和流量的變化，滑坡體整體變形。研究以長陽山區(qū)土質(zhì)滑坡為對象，通過收集、統(tǒng)計長陽縣典型的152處土質(zhì)滑坡資料，歸納總結出土質(zhì)滑坡的影響因素，利用分形統(tǒng)計學，定量分析滑坡頻率—規(guī)模、頻率—降雨量的分形特征；選取了典型姚家?guī)X滑坡利用FLAC3D軟件進行數(shù)值計算分析降雨對其穩(wěn)定性影響。

根據(jù)滑坡地質(zhì)剖面圖建立數(shù)值模型，并劃分網(wǎng)格，見圖1。根據(jù)地質(zhì)資料，姚家?guī)X滑坡滑體主要為第四紀殘坡積土，基巖為志留系砂頁巖，根據(jù)經(jīng)驗類比確定其參數(shù)值，見表2。

計算過程約束數(shù)值模型的下邊界和左右邊界，設置模擬降雨的滲流參數(shù)，計算持續(xù)均勻降雨條件下，不同階段邊坡的變形失穩(wěn)過程及相應的安全系數(shù)。

根據(jù)降雨量資料，計算從降雨開始直至降雨120h（5d）期間邊坡的變形及失穩(wěn)過程，得到降雨24h、48h、72h和120h時的邊坡位移云圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著降雨時間的增加，邊坡淺層土體位移不斷增大，邊坡逐漸變形失穩(wěn)。在降雨0～24h的階段，淺部小部分殘坡積土層位移增大至1m，表現(xiàn)為局部失穩(wěn)，此時安全系數(shù)為1.208；降雨48h時，由于降雨入滲導致土層強度參數(shù)下降，土層整體開始變形，位移均大于1m，此時安全系數(shù)為1.051；降雨72h后，土層位移進一步增大，最大位移達6m，最大位移出現(xiàn)于土體中上部，中上部土體沿土巖分界面逐漸推動下部土體，使邊坡出現(xiàn)整體性失穩(wěn)，此時安全系數(shù)為0.985。

在研究典型滑坡姚家?guī)X滑坡的基礎上，將研究方法推廣，利用FLAC3D軟件分別對其他152個滑坡進行降雨條件下的穩(wěn)定性分析，最終結果如表3。

3.土質(zhì)滑坡的易發(fā)分區(qū)研究

為了便于長陽縣各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）政府開展滑坡災害的防治工作，以土質(zhì)滑坡分形結果為基礎，研究影響因子的分維值、滑坡的分布密度與滑坡發(fā)生概率之間的相關性，計算區(qū)域內(nèi)滑坡發(fā)生的指數(shù)。在進行滑坡易發(fā)程度分區(qū)時，以鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）為基本單位進行區(qū)劃。在開展土質(zhì)滑坡的易發(fā)程度分區(qū)時，主要考慮滑坡災害的發(fā)育環(huán)境（即地質(zhì)環(huán)境條件）和發(fā)育強度（即單位面積滑坡災害的密度兩個方面，根據(jù)環(huán)境指數(shù)（H）和強度指數(shù)（Q）來確定地質(zhì)災害易發(fā)指數(shù)（S），其中，環(huán)境指數(shù)主要考慮坡度、高程、地質(zhì)構造、地層巖性和降雨量五個方面，利用滑坡災害易發(fā)指數(shù)綜合衡量滑坡災害易發(fā)程度高低。環(huán)境指數(shù)中五個因子權重取值利用變維分形得到的結果確定，具體為：根據(jù)降雨量、地層巖性、地質(zhì)構造、坡度、高程的權重分別為0.174、0.207、0.233、0.116、0.269；強度指數(shù)（Q）由采用單位面積內(nèi)滑坡災害點發(fā)育個數(shù)確定，其單位為個/km2；利用公式易發(fā)指數(shù)（S）=環(huán)境指數(shù)（H）×強度指數(shù)（Q）劃分出滑坡災害高易發(fā)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（S≥0.04）、滑坡災害中易發(fā)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（0.04>S≥0.02）和滑坡災害低易發(fā)區(qū)（S<0.02）。滑坡災害易發(fā)指數(shù)詳見表4。

4.易發(fā)程度分區(qū)結果

根據(jù)上述分析結果，將長陽縣劃分為滑坡高易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)三種，各分區(qū)的詳細情況如下：

4.1滑坡高易發(fā)區(qū)

該區(qū)所占比例為25.88%，主要包括鴨子口鎮(zhèn)、資丘鎮(zhèn)和漁峽口鎮(zhèn)，分布于清江兩岸，區(qū)內(nèi)地形地貌復雜，地面平均坡度大，溝谷切割深，地下水、地表水豐富，地層巖性主要為土體和裂隙發(fā)育的巖石，人類工程活動強烈。

4.2滑坡中易發(fā)區(qū)

該區(qū)占比為57.56%，包括龍舟坪鎮(zhèn)、都鎮(zhèn)灣鎮(zhèn)、磨市鎮(zhèn)、榔坪鎮(zhèn)和賀家坪鎮(zhèn)。

4.3滑坡低易發(fā)區(qū)

該區(qū)所占比例為16.56%，包括火燒坪鄉(xiāng)、大堰鄉(xiāng)和高家堰鎮(zhèn)。

5.結語

根據(jù)典型土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性計算結果，統(tǒng)計出穩(wěn)定滑坡11處，基本穩(wěn)定的106處，不穩(wěn)定穩(wěn)定的35處，所占比例分別為7.24%、69.73%和23.03%；利用易發(fā)指數(shù)計算公式，得到高易發(fā)區(qū)面積約25.88%，中易發(fā)區(qū)面積約占57.56%，低易發(fā)區(qū)面積約占16.56%，在此基礎上，開展滑坡災害防治分區(qū)，將鴨子口鎮(zhèn)、榔坪鎮(zhèn)、資丘鎮(zhèn)和漁峽口鎮(zhèn)劃分滑坡災害重點防治區(qū)（I），將都鎮(zhèn)灣鎮(zhèn)、高家堰鎮(zhèn)、龍舟坪鎮(zhèn)和賀家坪鎮(zhèn)劃分滑坡災害次重點防治區(qū)（Ⅱ），將磨市鎮(zhèn)、火燒坪鄉(xiāng)和大堰鄉(xiāng)劃分為滑坡災害一般防治區(qū)（Ⅲ）。

長陽縣土質(zhì)滑坡數(shù)量眾多，規(guī)模以小型為主，財政資金有限的情況下，地災防治部門不可能投入大量的資金對中小型土質(zhì)滑坡進行勘查治理，故在土質(zhì)滑坡的穩(wěn)定性評估中，多采用定性評價，但土質(zhì)滑坡的影響因素和發(fā)育特征千差萬別，表現(xiàn)特征也存在較大的不確定性，而評估過程中也受到技術人員本身能力和經(jīng)驗的影響，評估結論的精確度不高。特別是進入雨季，土質(zhì)滑坡等地質(zhì)災害頻發(fā)，有限的技術力量，致使防治工作疲于應對。而長陽地域廣闊，山路崎嶇，滑坡防治工作多花費于路途之中，技術人員不能人盡其用。對長陽土質(zhì)滑坡的易發(fā)分區(qū)研究，通過統(tǒng)計學的方法，以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位，科學精準的劃分出滑坡的高易發(fā)區(qū)，為長陽縣地質(zhì)災害防治工作提供了基礎數(shù)據(jù)，使政府在雨季對滑坡進行防治時，可以合理的分配人力物力等資源，取得最好的效果。