吐魯番市葡萄溝景區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害變形破壞模式研究

陳 首

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

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吐魯番市葡萄溝景區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害變形破壞模式研究

陳 首

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊，新疆 烏魯木齊 830091)

在對新疆吐魯番市葡萄溝景區(qū)野外實地調(diào)查的基礎(chǔ)上，同時結(jié)合研究區(qū)自然地理概況和地質(zhì)條件的分析，以研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的29處崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害點作為研究對象，對區(qū)內(nèi)崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)條件、變形破壞模式以及主要影響因素等內(nèi)容進行分析和評價。研究結(jié)果表明：葡萄溝景區(qū)內(nèi)重要災(zāi)害點危巖體變形破壞模式主要劃分為傾倒式、墜落式和滑移式等三種類型，而影響危巖體(帶)的主要控制因素是卸荷裂隙和風化裂隙，主要誘發(fā)因素為暴雨、地震和人工切坡。

葡萄溝景區(qū)；崩塌；變形破壞模式；影響因素

崩塌是在特定自然條件下形成的一種地質(zhì)災(zāi)害類型，具有下落速度快、發(fā)生突然等特點[1]。研究區(qū)位于吐魯番盆地火焰山西段的葡萄溝河谷內(nèi)，地貌類型為構(gòu)造剝蝕低山地貌中的峽谷地貌，山脊向兩側(cè)傾斜，峽谷兩岸谷坡陡峻，溝谷狹窄，地形起伏變化較大。受火焰山背斜的影響，區(qū)內(nèi)巖性巖相變化大，巖層風化裂隙和卸荷裂隙發(fā)育，巖體風化較嚴重，巖土體工程地質(zhì)條件較差。隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的提出，人類工程經(jīng)濟活動將會進一步加劇該地區(qū)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞，導(dǎo)致在汛期極易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

因此，本文在野外實地調(diào)查和室內(nèi)資料收集整理分析的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)研究成果[2-6]，以研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的29處崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害點作為研究對象，對區(qū)內(nèi)崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)條件、變形破壞模式以及主要影響因素等內(nèi)容進行分析和評價，進而為崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害防治方案提出建議，同時也為崩塌危巖體(帶)的防治工程設(shè)計、施工提供地學依據(jù)。

1 研究區(qū)孕災(zāi)條件分析

1.1 自然地理概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番市北東側(cè)的葡萄溝內(nèi)，總面積4.9 km2，其中重點調(diào)查區(qū)面積1.28 km2，一般調(diào)查區(qū)面積3.62 km2，研究區(qū)所在的葡萄溝行政區(qū)劃隸屬吐魯番市，是著名的AAAAA級景區(qū)，南距吐魯番市7 km，西距烏魯木齊市184 km，交通比較方便。

根據(jù)吐魯番市氣象站等代表性測站多年觀測資料，吐魯番市氣候異常燥熱，日照充足，熱量豐富，素有“火洲”之稱。全年無霜期長達270 d，日照時數(shù)達3 054 h以上，全年積溫達5 500℃以上。年降水量在10～16 mm，盆地最低處的艾丁湖年降水量僅有7.8 mm或無降水。吐魯番市6-8月平均氣溫為25℃～35℃，極端最高氣溫達48℃以上，地面直射最高溫度為76.6℃，沙丘表面最高溫度達82.3℃。雖然吐魯番市降水量不大，但較為集中，常形成時間短、強度大的降水(暴雨)。大降水主要集中在夏季(6-8月)，占全年降水量的70%～80%以上。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于火焰山南麓?；鹧嫔匠式鼥|西向橫貫于吐魯番盆地中部，在地貌上將盆地分為南北兩部分。研究區(qū)總地勢北高南低，地貌類型主要包括構(gòu)造剝蝕地形和剝蝕堆積地形兩大類。其中，構(gòu)造剝蝕地形主要分布于研究區(qū)河谷兩側(cè)，主要為構(gòu)造剝蝕低山類型，山體被葡萄溝溝谷橫向切割，山谷內(nèi)山體奇峻，地形起伏變化較大，地形坡度多在55°左右變化。而剝蝕堆積地形主要分布于研究區(qū)葡萄溝北側(cè)溝口至南側(cè)出山口地段，河谷平原地勢北高南低，由葡萄溝口向南南西傾斜，由于河谷內(nèi)人類工程活動密集，目前河谷兩側(cè)階地基本已被人為改造為耕地、園地或住宅用地。研究區(qū)中部和北側(cè)剝蝕構(gòu)造低山地形地貌如圖1和圖2所示。

圖1 研究區(qū)中部剝蝕構(gòu)造低山 圖2 研究區(qū)北側(cè)剝蝕構(gòu)造低山

1.3 地層巖性

研究區(qū)及附近區(qū)域出露的地層主要為第四系下更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。其中：第四系下更新統(tǒng)分布于研究區(qū)東西兩側(cè)第一斜坡帶危巖體(帶)上，其中在Ⅰ-Ⅴ號重點勘查區(qū)危巖體(帶)上均有出露，巖性主要以灰色巨厚的西域礫巖層，鈣質(zhì)膠結(jié)，夾有細礫巖、礫狀砂巖及砂質(zhì)泥巖的透鏡體為主，巖層產(chǎn)狀為340°～351°∠1°～5°，厚度大于50 m。而第四系全新統(tǒng)主要包括全新統(tǒng)坡積層和全新統(tǒng)沖積洪積層，分別分布于研究區(qū)葡萄溝東西兩側(cè)第一斜坡帶山坡上及坡腳處和葡萄溝現(xiàn)代河床中。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運動

在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上，主要包括火焰山逆斷裂褶皺帶(火焰山背斜)、火焰山山前坳陷以及吐魯番大斷裂，對研究區(qū)及附近的地形地貌特征和地層巖性分布狀況起到了控制作用。此外，由于吐魯番盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運動劇烈，屬地殼基本穩(wěn)定區(qū)，許多斷層呈現(xiàn)繼承性長期活動，導(dǎo)致盆地內(nèi)及周邊地區(qū)地震頻率高，活動強度大。根據(jù)新疆地震動峰值加速度區(qū)劃劃分結(jié)果，吐魯番市葡萄溝處在地震動峰值加速度0.10 g范圍內(nèi)，地震基本烈度相當于Ⅶ度。

1.5 人類工程活動

葡萄溝旅游區(qū)是新疆為數(shù)不多的5A級景區(qū)之一。近年來，隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，研究區(qū)內(nèi)的人類工程經(jīng)濟活動也逐漸開始增強，進一步加劇了該地區(qū)地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的破壞，導(dǎo)致在汛期極易引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。其中，葡萄溝西岸人類工程活動為沿坡腳修筑各類民房設(shè)施，而葡萄溝東岸人類工程活動為沿坡腳修筑各類旅游設(shè)施及水利設(shè)施。

2 研究區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害變形破壞模式

2.1 傾倒式崩塌危巖體(帶)

裂隙的切割使危巖與母巖基本脫離，危巖體底界臨空條件好，在變形破壞時，危巖體的頂部首先脫離母體，然后沿基座支點轉(zhuǎn)動，從而發(fā)生傾倒式破壞。在野外實地調(diào)查過程中，在WY04、WY05、WY07、WY09-WY13、WY15、WY16、WY19陡崖面均發(fā)育了規(guī)模較小的傾倒式崩塌破壞模式，危巖體層面陡傾，頂部后緣垂直裂隙發(fā)育，產(chǎn)狀一般在270°∠75°左右，張開寬度在1～20 cm不等，危巖大部分與母巖脫離，一旦發(fā)生強降雨、地震等，危巖體的頂部首先脫離母體，然后沿底部基座支點轉(zhuǎn)動而發(fā)生傾倒式崩塌。體積一般在46.08～8111.45 m3，屬于小型崩塌危巖體(帶)。在陡崖上分布的WY05和WY09傾倒式危巖體如圖3和圖4所示。

圖3 WY05傾倒式危巖體 圖4 WY09傾倒式危巖體

2.2 墜落式崩塌危巖體

墜落式崩塌危巖體指懸于巖腔上方的巖塊或巖體，在自然或人為因素作用下遭到破壞或穩(wěn)定失衡，以墜落方式塌落于巖腔底部。該種變形破壞模式的危巖多分布于陡崖上方的懸塊型或懸臂型危巖，危巖的規(guī)模通常較小。墜落類危巖失穩(wěn)，多從80°左右的陡崖上部或頂部開始，墜落至巖腔底部或下方斜坡。該類危巖的控制因素是危巖體上卸荷裂隙的發(fā)育，卸荷裂隙逐步貫通，一旦裂隙發(fā)育切割整個危巖體，危巖體在重力作用下從母體突然脫離失穩(wěn)產(chǎn)生崩塌。在陡崖上分布的WY08墜落式危巖體如圖5所示。

研究區(qū)內(nèi)墜落式危巖體發(fā)育在巖質(zhì)陡崖處，僅WY01、WY03、WY06、WY08屬于此種破壞形式的危巖體，危巖體積分別為31.2 m3、494.45 m3、79.2 m3和3 509.48 m3，均屬于小型崩塌危巖體。

2.3 滑移式危巖體(帶)

滑移式危巖體(帶)指危巖在自然或人為因素作用下遭到破壞或穩(wěn)定失衡，離開母體沿軟弱結(jié)構(gòu)面向下滑移，從陡崖處崩塌滑落于下方斜坡。研究區(qū)內(nèi)滑移式危巖體(帶)均為巖質(zhì)危巖體(帶)。該類型的危巖主要受危巖體內(nèi)發(fā)育的后緣裂隙以及軟弱夾層的控制，與母巖體已基本分離，陡崖面發(fā)育的裂隙將危巖體切割成相對獨立的塊體?；鶐r體巖層傾向與坡面傾向基本一致，軟弱夾層構(gòu)成潛在的滑移面，滑移面傾角小于巖層傾角，對危巖穩(wěn)定性不利。當發(fā)生地震或受外力作用時，易沿此滑移面下滑。在陡崖上分布的WY14墜落式危巖體如圖6所示。

研究區(qū)內(nèi)滑移式危巖體(帶)分布在葡萄溝西側(cè)民房陡崖處，僅WY02、WY14、WY17、WY18屬于此種破壞形式的危巖體(帶)，如WY02后緣裂縫有2條，產(chǎn)狀大致為105°∠85°，其中較大的裂縫張開寬度10～50 cm，后緣基本被掏蝕空，基座底部有少量碎石充填，而另外一條裂縫張開寬度2～3 cm，碎石充填，滑移面較平整，未見到明顯擦痕。體積為550.45 m3、屬于小型滑移式崩塌危巖體。

圖5 WY08墜落式危巖體 圖6 WY14滑移式危巖體

除上述重要災(zāi)害點危巖體外，在研究區(qū)東西兩側(cè)還發(fā)育有10處崩塌危巖體(一般災(zāi)害點)，其崩塌代號XB01-XB10。根據(jù)野外調(diào)查，這10個崩塌危巖體的變形破壞模式主要以傾倒式或墜落式為主。

3 研究區(qū)危巖形成主要影響因素分析

研究區(qū)內(nèi)危巖體的形成主要受后緣卸荷裂隙和風化裂隙控制，兩組結(jié)構(gòu)面將崖體切割成獨立塊體。

3.1 后緣主要卸荷裂隙

研究區(qū)西側(cè)危巖體后緣裂隙弱發(fā)育，東側(cè)危巖體一般發(fā)育1-2組后緣裂隙，根據(jù)地面測繪綜合分析，危巖體發(fā)育的多組裂隙中存在1組最為不利的卸荷裂隙，為主要卸荷裂隙。

東側(cè)危巖體后緣主要卸荷裂隙產(chǎn)狀為270°～280°∠70°～85°，裂隙延伸方向與陡崖總體走向基本平行，尤其是傾角大于80°危巖體占總比例的80%以上，裂隙呈線型展布。裂隙距離陡崖面距離在1～6 m，一般為閉合～微張，傾向方向上顯示上寬下窄，下部逐漸變窄直至尖滅，張開寬度在3～10 cm，一般無充填。該組裂隙延伸性好，切割礫巖體發(fā)育，在陡崖面處延伸具有平行陡崖面追蹤性。裂隙延伸長度一般在2～10 m。

通過對東側(cè)崩塌危巖體后緣卸荷裂隙分析，東側(cè)危巖體后緣卸荷裂隙延伸方向基本與崩塌危巖體臨空面走向一致，說明后緣裂隙的形成與崩塌危巖體的發(fā)育密切相關(guān)。后緣裂隙的寬度與崩塌危巖體的發(fā)育程度具有很大的相關(guān)性。

3.2 陡崖面風化裂隙

研究區(qū)西側(cè)危巖體裂隙弱發(fā)育，主要分布在東側(cè)危巖體，危巖體陡崖面主要發(fā)育兩組風化裂隙。第一組為垂直于陡崖面，第二組斜交于陡崖面。東側(cè)危巖體陡崖面第一組風化裂隙，垂直于陡崖面，產(chǎn)狀為270°～280°∠80°～90°。裂隙一般為閉合-微張，縫寬一般在1～9 cm之間，無充填。裂隙延伸性一般不穿層。第二組風化裂隙，斜交陡崖面，產(chǎn)狀為200°～240°∠60°～70°。裂隙一般為閉合～微張，縫寬都在2～7 mm之間，無充填。裂隙延伸性較好，穿層發(fā)育，貫通性好，大部分由陡崖頂面貫穿到坡腳。因此，研究區(qū)內(nèi)危巖在卸荷裂隙及兩組風化裂隙相互貫通的控制下，大部分與母體分離，危巖被分割，形成板狀或柱狀的獨個危巖體，極易形成崩塌。

4 結(jié)語

在野外實地調(diào)查和室內(nèi)資料收集整理分析的基礎(chǔ)上，以研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的29處崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害點作為研究對象，對區(qū)內(nèi)崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害的孕災(zāi)條件、變形破壞模式以及主要影響因素等內(nèi)容進行分析和評價，可以看出：區(qū)內(nèi)西岸危巖體少，東岸危巖體(帶)多，西岸危巖體相對規(guī)模小，東岸危巖體(帶)相對規(guī)模較大，西岸危巖體危巖體相對矮，東岸危巖體(帶)相對高；西岸危巖體以墜落式、滑移式為主，東岸危巖體(帶)以傾倒式、墜落式、滑移式為主，西岸危巖體威脅當?shù)鼐用駷橹?，東岸危巖體(帶)威脅游客和旅游設(shè)施為主。而影響危巖體(帶)的主要控制因素是卸荷裂隙和風化裂隙，主要誘發(fā)因素為暴雨、地震和人工切坡。通過對吐魯番市葡萄溝景區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害變形破壞模式和主要影響因素的分析，一方面可以為崩塌危巖體(帶)地質(zhì)災(zāi)害防治方案提出建議，同時也為崩塌危巖體(帶)的防治工程設(shè)計、施工提供地學依據(jù)。

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2016-12-26

陳首(1982-)，男，陜西西安人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。

P642.21

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1004-1184(2017)03-0194-02