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(長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西 西安 710054)
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延安市不穩(wěn)定斜坡發(fā)育特征研究
??∪A,陳志新,趙法鎖,祝艷波
(長安大學(xué) 地質(zhì)工程與測繪學(xué)院,陜西 西安 710054)
通過對延安市地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查及統(tǒng)計分析,總結(jié)出區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡發(fā)育類型及特征為:結(jié)構(gòu)類型包括黃土不穩(wěn)定斜坡、基巖不穩(wěn)定斜坡和黃土-基巖不穩(wěn)定斜坡,其中以黃土不穩(wěn)定斜坡為主;變形破壞模式主要分為滑移(蠕滑)-拉裂模式、滑移-壓致拉裂模式和彎曲-拉裂模式三類,其中以滑移(蠕滑)-拉裂模式最為普遍;斜坡發(fā)展失穩(wěn)趨勢為滑坡和崩塌,其中受斜坡巖土體結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面、坡度、坡高及坡型等多因素控制,區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡發(fā)展失穩(wěn)趨勢主要表現(xiàn)為崩塌。
延安市;不穩(wěn)定斜坡;結(jié)構(gòu)類型;發(fā)育特征;失穩(wěn)趨勢
延安市地處黃土高原腹地,屬于黃土高原丘陵溝壑區(qū),地形地貌條件復(fù)雜,脆弱的地質(zhì)環(huán)境和近幾十年來頻繁的人類工程建設(shè)活動導(dǎo)致全市滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。不穩(wěn)定斜坡是一種潛在的地質(zhì)災(zāi)害類型,其在現(xiàn)階段變形微小,變形跡象不明顯,但在不久的將來在降雨或人工干擾作用下可能產(chǎn)生變形破壞,從而發(fā)展為滑坡或崩塌災(zāi)害,嚴(yán)重威脅著延安地區(qū)人民的生命和財產(chǎn)安全[1-3]。
對于不穩(wěn)定斜坡國內(nèi)外都做過很多的調(diào)查和研究工作,1991年Carlaton L.Ho等采用計算機技術(shù)建立了不穩(wěn)定斜坡管理系統(tǒng)(USMS),收集不穩(wěn)定斜坡的發(fā)育特征及穩(wěn)定性數(shù)據(jù),并對其進行系統(tǒng)的管理[4];2009年Scott L.Huang等人對美國華盛頓州、俄勒岡州、紐約州及猶他州等地的不穩(wěn)定斜坡進行了調(diào)查和評價,并建立了較為完善的不穩(wěn)定斜坡管理系統(tǒng)[5];1991年喬建平從斜坡的表面變形跡象、斜坡本身內(nèi)部及外部因素中提取出了12項定性定量判別指標(biāo),以此對不穩(wěn)定斜坡的危險度進行判別[6];馬建青等總結(jié)了青海省重大工程區(qū)潛在不穩(wěn)定斜坡調(diào)查的總體工作方法和危險性評價技術(shù)要點[7]。
延安市作為黃土高原的重要組成部分率先開展了黃土高原區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查[8],目前,該市1:50 000地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查工作已經(jīng)完成,積累了豐富的地質(zhì)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害資料成果,但以前的工作均以縣區(qū)為單位,資料分散,缺少不穩(wěn)定斜坡發(fā)育及分布特征完整性和規(guī)律性,急需進行總結(jié)和歸納出延安市不穩(wěn)定斜坡總體特征和分布規(guī)律,指導(dǎo)延安市地質(zhì)災(zāi)害防治和防災(zāi)規(guī)劃,因此,開展該市不穩(wěn)定斜坡發(fā)育類型及特征分析,同樣具有重要的理論意義和重要的應(yīng)用價值。
根據(jù)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計分析,可以將延安市不穩(wěn)定斜坡分為:黃土不穩(wěn)定斜坡、基巖不穩(wěn)定斜坡和黃土-基巖不穩(wěn)定斜坡。據(jù)統(tǒng)計,延安市內(nèi)不穩(wěn)定斜坡共發(fā)育503處,其中黃土不穩(wěn)定斜坡發(fā)育322處,占不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的64%;基巖不穩(wěn)定斜坡發(fā)育167處,占總數(shù)的33.2%;黃土-基巖不穩(wěn)定斜坡發(fā)育14處,占總數(shù)的2.8%[9]。各類型數(shù)量和所占總數(shù)的百分比如表1所示,延安市各縣區(qū)發(fā)育不穩(wěn)定斜坡數(shù)量分布如表2所示。
表1 不穩(wěn)定斜坡結(jié)構(gòu)類型數(shù)量和百分比
表2 各縣區(qū)不穩(wěn)定斜坡數(shù)量分布
1.1黃土不穩(wěn)定斜坡
黃土不穩(wěn)定斜坡是區(qū)內(nèi)發(fā)育最為廣泛的不穩(wěn)定斜坡結(jié)構(gòu)類型,在各縣區(qū)均有發(fā)育,且在黃陵縣、寶塔區(qū)、子長縣、延長縣等地集中發(fā)育。坡體巖性主要由中-晚更新世黃土(Q2+3eol)組成,坡高數(shù)十米,破面植被稀疏或黃土裸露。該類型斜坡多發(fā)育在溝谷的上游地段,溝谷受河流侵蝕切割的程度較小,一般未切穿基巖或只有淺層基巖出露,斜坡坡腳黃土層繼續(xù)經(jīng)受流水的側(cè)蝕切割作用。坡體中古土壤層較為發(fā)育,其對黃土不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性具有較大的影響,特別是順傾的古土壤層,常常成為黃土中的軟弱結(jié)構(gòu)面。
1.2基巖不穩(wěn)定斜坡
區(qū)內(nèi)基巖不穩(wěn)定斜坡整體巖土體組成物質(zhì)主要為砂巖和泥巖。砂巖中順坡向節(jié)理面或風(fēng)化、卸荷節(jié)理裂隙面發(fā)育,巖體受節(jié)理裂隙切割嚴(yán)重,較為破碎,整體性差。區(qū)內(nèi)主要分布于延長和黃陵兩縣內(nèi)河流及其較大一、二級支流下游,在其兩岸均有分布,受河流下蝕和側(cè)蝕作用,斜坡近乎直立,表面巖體破碎。由于區(qū)內(nèi)地形條件限制,交通建設(shè)活動往往要大量地開挖斜坡坡腳,從而在公路或鐵路沿線形成大量的基巖邊坡,斜坡內(nèi)形成大量的卸荷裂隙,又由于坡體表面砂巖和泥巖的差異性風(fēng)化,從而形成基巖不穩(wěn)定斜坡。
1.3黃土-基巖不穩(wěn)定斜坡
黃土-基巖不穩(wěn)定斜坡在區(qū)內(nèi)發(fā)育較少,坡體上部主要由中、晚更新世黃土組成,下部為基巖,斜坡高度一般在數(shù)十米左右,有些達到上百米。其多發(fā)育在溝谷的中下游,河流切穿基巖的厚度較大。斜坡下部為陡立的基巖切面,上部為厚層黃土覆蓋,整體坡度較大。受基巖保護,坡腳一般不再受到流水側(cè)向侵蝕,自然滑坡或崩塌較少發(fā)生。
1.4分布特征
根據(jù)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計分析,區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡結(jié)構(gòu)類型的發(fā)育及分布與延安市地貌特征密切相關(guān)。延安地區(qū)地勢總體由西北向東南逐漸降低。黃土梁峁丘陵地貌類型在區(qū)內(nèi)所占的面積最大,組合形態(tài)也最復(fù)雜,黃土梁峁和丘陵地貌占據(jù)了區(qū)內(nèi)地貌的主導(dǎo)地位[10]。延安市內(nèi)各個地貌單元上不穩(wěn)定斜坡發(fā)育數(shù)量如表3所示。
表3 延安地區(qū)地貌類型與不穩(wěn)定斜坡分區(qū)統(tǒng)計[10]
*注:表中地貌類型依次為:1—黃土覆蓋的中山;2—黃土塬地溝壑;3—黃土殘塬溝壑;4—黃土塬梁溝壑;5—黃土長梁狀丘陵溝壑;6—黃土梁峁?fàn)钋鹆隃羡郑?—黃土峁梁狀丘陵溝壑;8—黃土緩梁寬谷狀丘陵;9—薄層黃土覆蓋的基巖峽谷丘陵;10—階地。
由此可以看出,區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡主要發(fā)育在河流階地、黃土殘塬丘陵溝壑區(qū),多形成黃土斜坡,且在這些地貌類型區(qū)域內(nèi),人類工程活動較為強烈,特別是道路修建使得不穩(wěn)定斜坡大量發(fā)育。
據(jù)調(diào)查顯示,區(qū)內(nèi)常見的不穩(wěn)定斜坡變形破壞模式主要分為滑移(蠕滑)-拉裂模式、滑移-壓致拉裂模式和彎曲-拉裂模式三類[11]。
2.1滑移(蠕滑)-拉裂模式
該變形破壞模式是區(qū)內(nèi)最為常見的類型,且主要發(fā)生在黃土不穩(wěn)定斜坡和黃土—基巖不穩(wěn)定斜坡內(nèi)。圖1為典型的滑移-拉裂破壞模式的不穩(wěn)定斜坡剖面。天然狀態(tài)下,斜坡處于基本平衡狀態(tài),當(dāng)應(yīng)力變化最為敏感的坡腳受到破壞時,臨空條件發(fā)生變化,臨空面的增大使得剪切蠕滑現(xiàn)象在坡體內(nèi)部產(chǎn)生,此時在斜坡后緣形成拉張裂隙[12],破壞模式一般形成滑坡。溝谷內(nèi)河流的侵蝕,人類削坡建窯、修建公路交通等工程活動對斜坡坡腳都會產(chǎn)生一定程度的破壞,從而引起滑移(蠕滑)-拉裂變形破壞,引發(fā)滑坡或崩塌。
圖1 吳起縣杏樹溝門不穩(wěn)定斜坡剖面圖
2.2滑移-壓致拉裂模式
該變形破壞模式形成的不穩(wěn)定斜坡在區(qū)內(nèi)發(fā)育也較為廣泛。這種變形模式主要是由坡體內(nèi)部的軟弱結(jié)構(gòu)面控制的,其發(fā)展模式不同于前者,是由下往上發(fā)展的。出現(xiàn)的情形主要有以下幾個方面:在降雨條件下,雨水沿著形成的落水洞或?qū)挻蟮牧芽p滲入坡體內(nèi)部,匯集在古土壤層或紅粘土層等相對隔水層,使得此處黃土的強度性質(zhì)降低,在重力作用下坡體沿此層面產(chǎn)生緩慢的蠕動,并且在上部坡體中沿豎直節(jié)理形成拉裂縫,從而形成滑坡或崩塌(圖2);庫岸黃土邊坡,坡腳受水庫的長期浸潤,斜坡土中含水量很高甚至處于飽和狀態(tài),降低土的強度并且增大了坡體重度,形成滑移—壓致拉裂變形破壞模式,多產(chǎn)生黃土滑坡;由砂巖和泥巖組成的基巖斜坡,尤其是人工邊坡,在受開挖后,由于砂、泥巖的性質(zhì)差異,形成差異性的卸荷回彈,沿著層理面產(chǎn)生變形并形成滑移面,一般形成基巖崩塌。
圖2 子長縣蛇家溝不穩(wěn)定斜坡剖面圖
2.3彎曲-拉裂模式
區(qū)內(nèi)彎曲-拉裂破壞模式的不穩(wěn)定斜坡發(fā)育較少,一般集中在坡度大于60°的黃土不穩(wěn)定斜坡和陡立的基巖不穩(wěn)定斜坡內(nèi)。
黃土內(nèi)垂直節(jié)理發(fā)育,對于高陡的黃土斜坡,具有很好的臨空面條件,黃土的這一特性使得斜坡在風(fēng)化或降雨作用下,土體中的垂直節(jié)理面逐漸加深擴大,局部土體沿著此面產(chǎn)生彎曲-拉裂變形,并逐漸與斜坡分離,當(dāng)偏離的變形位移達到一定程度時,斜坡產(chǎn)生破壞從而形成傾倒式崩塌(圖3)。
圖3 吳起縣背臺不穩(wěn)定斜坡剖面圖
區(qū)內(nèi)基巖主要由三疊紀(jì)或侏羅紀(jì)砂巖和泥巖組成(圖4),由于砂巖和泥巖強度差異,砂巖比泥巖具備更高的抗風(fēng)化侵蝕能力,在自然條件下夾在砂巖之間的泥巖率先風(fēng)化剝落,砂巖從而失去支撐,形成懸空狀態(tài),此時砂巖受自身重力作用而產(chǎn)生彎曲-拉裂變形,從而形成巖質(zhì)崩塌。
圖4 呼家灣不穩(wěn)定斜坡剖面圖
不穩(wěn)定斜坡只是判斷出斜坡此時處于不穩(wěn)定狀態(tài),并不能對每一個不穩(wěn)定斜坡的變形破壞模式進行準(zhǔn)確的判定。由于斜坡的變形和破壞受多因素控制,因此斜坡發(fā)生破壞與否及破壞模式的不確定性很高[13]。結(jié)合實際調(diào)查情況,區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡的發(fā)展失穩(wěn)趨勢一般有兩種:滑坡和崩塌。
據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,斜坡原始坡度與區(qū)內(nèi)滑坡和崩塌的形成具有很大的關(guān)聯(lián)性。延安市滑坡與崩塌原始坡度分布對比統(tǒng)計表如表4所示。
表4 滑坡與崩塌原始坡度分布對比統(tǒng)計
從表4中可以看出,60°以下是滑坡發(fā)育的優(yōu)勢坡度,而80°以上是崩塌發(fā)育的優(yōu)勢坡度,在60°~80°之間的斜坡上既有滑坡的發(fā)生,也有崩塌的發(fā)生。
據(jù)調(diào)查,延安市內(nèi)不穩(wěn)定斜坡坡度分布區(qū)間較大,在35°~90°之間均有分布,各坡度區(qū)間的詳細(xì)分布數(shù)量如表5所示。
表5 不穩(wěn)定斜坡坡度分布統(tǒng)計
根據(jù)表4中滑坡、崩塌原始坡度數(shù)量分布和表5中不穩(wěn)定斜坡在各坡度區(qū)間內(nèi)的數(shù)量分布,可以對不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)趨勢做出初步預(yù)測:對于小于60°的不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)趨勢主要是滑坡;61°~70°的不穩(wěn)定斜坡失穩(wěn)趨勢以滑坡為主,崩塌數(shù)量較少;當(dāng)不穩(wěn)定斜坡坡度大于70°時,發(fā)展為滑坡的可能性很小,其失穩(wěn)趨勢主要為崩塌。
根據(jù)以上所述,結(jié)合各不穩(wěn)定斜坡的坡體巖土結(jié)構(gòu)類型、坡高、坡型等因素進行綜合分析,得出:區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡中有可能失穩(wěn)發(fā)展為滑坡的數(shù)量為149處,占不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的29.6%;有可能失穩(wěn)并發(fā)展為崩塌的數(shù)量為354處,占總數(shù)的70.4%(表6)。
表6 不穩(wěn)定斜坡發(fā)展失穩(wěn)趨勢統(tǒng)計
綜合以上分析討論,可得出以下結(jié)論和認(rèn)識:
(1)區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡共發(fā)育503處,其中黃土不穩(wěn)定斜坡發(fā)育322處,占不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的64%;基巖不穩(wěn)定斜坡發(fā)育167處,占總數(shù)的33.2%;黃土-基巖不穩(wěn)定斜坡發(fā)育14處,占總數(shù)的2.8%。受區(qū)內(nèi)地貌類型影響,不穩(wěn)定斜坡主要發(fā)育在河流階地、黃土殘塬丘陵溝壑區(qū),多形成黃土不穩(wěn)定斜坡。
(2)區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡變形破壞模式表現(xiàn)為滑移(蠕滑)-拉裂、滑移-壓致拉裂和彎曲-拉裂3種,其中以滑移(蠕滑)-拉裂模式在區(qū)內(nèi)分布最為廣泛。
(3)區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定斜坡發(fā)展失穩(wěn)的趨勢分為兩種:滑坡和崩塌。據(jù)分析,其中有可能失穩(wěn)并發(fā)展為滑坡的不穩(wěn)定斜坡數(shù)量為149處,占不穩(wěn)定斜坡總數(shù)的29.6%;有可能失穩(wěn)并發(fā)展為崩塌的數(shù)量為354處,占總數(shù)的70.4%。
上述對延安市不穩(wěn)定斜坡結(jié)構(gòu)類型、變形破壞模式及發(fā)展失穩(wěn)趨勢的總結(jié)和探討,對延安市潛在地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)防提供一定的參考。
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ZHUJunhua,CHENZhixin,ZHAOFasuoandZHUYanbo
(College of Geology Engineering and Geomatics, Chang’an University, Xi’an 710054, China)
ThroughtheYan’angeologicaldisastersdetailedinvestigationandstatisticalanalysis,thedevelopmenttypesandfeaturesofunstableslopesinresearchareaweresummarizedasfollows:Loessunstableslope,rockunstableslopeandloess-rockunstableslopewereincludinginthestructuretypes,andtheloessunstableslopewasinthemajority.Thedeformationfailurepatternwasdividedintothreespeciesaslikeslip(creep)-crackingpattern,slip-compressioncrackingpatternandbending-crackingpattern,andslip(creep)-crackingpatternwasmostcommon.Theinstabilitytrendofunstableslopeswasdividedintolandslideandcollapse.Controllingbytherock-soilstructuretypes,structureplane,slopeangle,heightandshapeofunstableslopes,collapsewasthemajorinstabilitytrend.
Yan’ancity;unstableslope;structuretype;developmentfeature;instabilitytrend
2016-04-30
2016-06-01
國家自然科學(xué)基金(41502278);中國博士后科學(xué)基金資助項目(2015M582588);中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費資助項目(310826151054)
祝俊華(1990-),男,江西余江人,博士研究生,主要從事地質(zhì)工程及地質(zhì)災(zāi)害等方面的研究.
E-mail:675504299@qq.com
X43;P64;U65
A
1000-811X(2016)04-0061-05
10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.011
??∪A,陳志新,趙法鎖,等. 延安市不穩(wěn)定斜坡發(fā)育特征研究[J]. 災(zāi)害學(xué),2016,31(4):61-64,109. [ZHU Junhua,CHEN Zhixin,ZHAO Fasuo,et al. Study on the Development Features of Unstable Slopes in Yan’an [J]. Journal of Catastrophology,2016,31(4):61-64,109. doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2016.04.011.]