青干河軟硬相間順向岸坡演化過程研究

孟立朋 彭軒明 吳吉民 黃波林 陳立德

(1.宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,湖北 宜昌 443003;2.中國地質(zhì)科學院,北京 100037;3.青島海洋地質(zhì)研究所,青島 266071)

青干河發(fā)育于湖北省秭歸縣境內(nèi),屬于長江右岸支流.受區(qū)域構(gòu)造(百福坪背斜及秭歸向斜)影響,青干河左岸及其支流鑼鼓洞河左岸部分碎屑巖區(qū)主要表現(xiàn)為順向、斜順向結(jié)構(gòu)岸坡,地質(zhì)災害較為發(fā)育,災害類型多為滑坡.岸坡演化方式主要以滑坡形式進行,岸坡演化過程主要由岸坡結(jié)構(gòu)及軟硬相間巖組特征決定.即使具有相同岸坡結(jié)構(gòu)及巖性組合特征等地質(zhì)條件的不同岸段,其穩(wěn)定狀況、變形特征、岸坡組成等也存在明顯差異.

因此,通過調(diào)查分析青干河岸坡穩(wěn)定現(xiàn)狀、變形特征、岸坡組成差異,對該區(qū)域順向、斜順向結(jié)構(gòu)岸坡演化階段及演化規(guī)律進行研究,并進行岸坡演化階段分區(qū),對該區(qū)域地質(zhì)災害防治具有指導意義.

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地貌特征

區(qū)域上,青干河位于大巴山、巫山和荊山山脈交接部位,為我國三大地貌階梯中的二級階梯,屬典型的中山峽谷地貌.青干河總體呈東西流向于秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)附近匯入長江,全程54 km,天然總落差873 m,平均坡降10.9%,流域面積782 km2.研究區(qū)主要分布于青干河沙鎮(zhèn)溪～周家埡岸段及其支流鑼鼓洞河河口～兩河口岸段,地貌類型主要為三疊系及侏羅系碎屑巖組成的侵蝕構(gòu)造類型,岸坡分布高程為300～ 1000m,坡度一般為 20°～ 40°,河谷整體呈“V”字型.

1.2 地層巖性及巖性組合

研究岸段基巖巖性主要為三疊系上統(tǒng)沙鎮(zhèn)溪組(T3s)、侏羅系下統(tǒng)香溪組(J1x)及侏羅系中下統(tǒng)聶家山組(J1-2n)碎屑巖地層(見圖1).巖性組合均具軟硬相間特征,具體特征見表1.

圖1 研究區(qū)地形地質(zhì)圖

表1 研究岸段巖性及巖性組合特征

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)主要發(fā)育構(gòu)造為百福坪背斜及秭歸向斜,其中青干河沙鎮(zhèn)溪至周家埡岸段主要分布于百福坪背斜南翼,鑼鼓洞河河口至兩河口岸段主要分布于秭歸向斜北西翼(見圖2).

圖2 研究區(qū)構(gòu)造綱要簡圖

1.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)兩岸小型縱向溝谷較多,呈網(wǎng)狀分布,地表水系發(fā)育.根據(jù)地下水的賦存條件和含水介質(zhì)特征,區(qū)內(nèi)地下水主要可分為第四系松散堆積物孔隙水、碎屑巖類基巖裂隙水兩種類型.

2 岸坡現(xiàn)狀特征研究

通過對研究區(qū)內(nèi)不同岸段的穩(wěn)定狀況及變形破壞特征、變形體性質(zhì)、規(guī)模等的調(diào)查分析,將研究區(qū)內(nèi)岸坡劃分為如下3種類型:第一類岸坡:斜坡體覆蓋有少量第四系堆積體,無變形或偶有小規(guī)模第四系堆積體變形,無基巖變形跡象.第二類岸坡:坡體上發(fā)育大量滑坡以大型至特大型滑坡為主,滑坡體為巖質(zhì)或碎塊石土,常有變形跡象發(fā)生,甚至是大規(guī)模的失穩(wěn)滑動,具有規(guī)模大,危害大等特征.第三類岸坡:坡體上發(fā)育大量滑坡以小型至中型滑坡為主,滑坡體為碎塊石土或土質(zhì),老滑坡體常有變形跡象發(fā)生甚至是失穩(wěn)滑動,相對第二類岸坡規(guī)模小,危害小.

根據(jù)以上所述岸坡特征,研究區(qū)內(nèi)岸坡可劃分為8個岸段,劃分結(jié)果如圖3所示,其A、D、E段具有第三類岸坡特征,其發(fā)育災害特征如表2、5、6所示,B、F、H段具有第二類岸坡特征,其發(fā)育災害特征如表3、4、7所示,C、G段具有第一類岸坡特征,目前處于穩(wěn)定狀態(tài),坡體上第四系堆積體規(guī)模較小,基巖無變形跡象.

圖3 研究區(qū)岸坡現(xiàn)狀分區(qū)圖

表2 A岸段岸坡災害特征

表3 B段岸坡災害特征

表4 D段岸坡災害特征

表5 E段岸坡災害特征

表6 F段岸坡災害特征

續(xù)表6 F段岸坡災害特征

表7 H段岸坡災害特征

3 研究區(qū)岸坡演化階段性及周期性研究

岸坡演化經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)時代,研究區(qū)內(nèi)順向、斜順向岸坡結(jié)構(gòu)及軟硬相間的巖性組合決定了岸坡的演化主要以滑坡的形式來體現(xiàn)[1-4].而其碎屑巖巖類多具有良好的沉積韻律及巖性旋回,則必然導致岸坡演化過程也與之對應,使其具一定的階段性和周期性.而此類岸良好的沉積韻律、巖性旋回及河流侵蝕作用則是其演化過程具有階段性和周期性的內(nèi)部條件及外部動力條件.

3.1 岸坡演化階段性研究

由上述可知青干河軟硬相間碎屑巖順向、斜順向岸坡現(xiàn)階段的存在狀態(tài)可分為如上述3種類型,而這3種岸坡存在狀態(tài)亦為岸坡演化過程中某一階段的特征體現(xiàn).根據(jù)對研究區(qū)岸坡結(jié)構(gòu)、巖性組合及特征、岸坡現(xiàn)階段存在狀態(tài)等因素的綜合考慮,文章對研究區(qū)岸坡演化過程進行了總結(jié),認為總共可分為4個階段:穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段-不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段-斜坡變形失穩(wěn)階段-老滑坡殘體消亡階段.其特征如下:

(1)穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段:穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段是由老滑坡殘體消亡階段過渡而來,該階段岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài),坡體上殘存少量第四系坡積體,無變形或偶爾第四系坡積體有變形.如研究區(qū)所對應的C和G段,隨著河流侵蝕下切至或接近下一軟弱層面時,在軟弱層面不斷風化、抗滑力逐漸減小的情況下,其穩(wěn)定狀況逐漸由穩(wěn)定向不穩(wěn)定過渡,其演化階段亦由穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段逐漸向不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段過渡.

(2)不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段:該階段岸坡處于較穩(wěn)定-穩(wěn)定性較差狀態(tài),斜坡體覆蓋有少量第四系堆積體,規(guī)模小,屬淺表層堆積.偶爾有變形跡象,規(guī)模較小且以第四系堆積體變形為主,基巖有過變形跡象.河流切割至軟弱層面附近為岸坡失穩(wěn)變形提供了臨空條件的情況下,軟弱層面的抗滑力逐漸減小使得岸坡逐漸由不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段向斜坡變形失穩(wěn)階段過渡.

不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段對應的岸坡即為不穩(wěn)定斜坡,受調(diào)查手段及方法等的限制,研究區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)此類岸坡,但是不排除部分岸段已經(jīng)處于不穩(wěn)定斜坡階段,千將坪滑坡在2003年7月發(fā)生滑動之前的狀態(tài)可認為其處于不穩(wěn)定斜坡狀態(tài)[5-6],只是其在由不穩(wěn)定斜坡階段向斜坡變形失穩(wěn)階段的過渡當中是以突變或者說是以較為激烈的形式發(fā)生轉(zhuǎn)變的,這主要與其所處的地質(zhì)環(huán)境有關.

(3)斜坡變形失穩(wěn)階段:該階段是指原始巖質(zhì)岸坡大范圍變形破壞,及之后的反復變形失穩(wěn)的過程.其主要特征是發(fā)育有大型-特大型巖質(zhì)滑坡或碎塊石土質(zhì)滑坡,隨著滑坡體的反復變形滑移,其規(guī)模逐漸變小,巖體逐漸破碎,并逐漸向岸坡演化的下一階段即老滑坡殘體消亡階段過渡,該階段的岸坡一般都處于穩(wěn)定性較差狀態(tài),且一但失穩(wěn)其破壞性一般較大.研究區(qū)內(nèi)處于該階段的岸坡為B、F、H段.

(4)老滑坡殘體消亡階段:該階段岸坡是由斜坡變形失穩(wěn)階段過渡而來,主要表現(xiàn)為存在大量小型-中型土質(zhì)滑坡,其穩(wěn)定性處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定性較差狀態(tài),其失穩(wěn)變形相對上一階段都較為緩和,破壞性也較上一階段要小.隨著該階段的滑坡殘體即小型-中型滑坡體的變形失穩(wěn),其規(guī)模進一步減小,其穩(wěn)定狀態(tài)亦由穩(wěn)定性較差逐漸過渡為基本穩(wěn)定狀態(tài).之后岸坡演化過程過渡為穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段.研究區(qū)內(nèi)處于該階段的岸坡為A、D、E段.

岸坡演化階段及各階段轉(zhuǎn)化過程如圖4所示.

圖4 岸坡演化階段及轉(zhuǎn)化過程示意圖

3.2 岸坡演化周期規(guī)律研究

在演化過程中當河流尚未下切至軟弱夾層時,其岸坡處于穩(wěn)定巖質(zhì)岸坡階段或者不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段.當河流下切至軟弱夾層附近導致軟弱夾層臨空時,在降雨、庫水位變化等誘發(fā)因素作用下往往發(fā)生巖質(zhì)滑坡,并在區(qū)內(nèi)形成廣泛分布的滑坡堆積體.此時岸坡處于岸坡演化的第三階段即斜坡變形失穩(wěn)階段.隨著滑坡堆積體的不斷變形滑移,其規(guī)模逐漸變小,巖體逐漸破碎,逐步過渡到老滑坡殘體消亡階段.隨著老滑坡殘余堆積體的變形滑移,規(guī)模進一步減小.其穩(wěn)定狀態(tài)亦逐步由穩(wěn)定性較差向穩(wěn)定狀態(tài)過渡,之后進入穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段.研究區(qū)岸坡演化過程即為上述4種狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換過程.由岸坡進入穩(wěn)定階段開始至老滑坡殘體消亡階段結(jié)束的整個過程可以稱之為岸坡演化的一個周期,岸坡這種周而復始的演化過程稱之為岸坡演化的周期性如圖5所示.

圖5 岸坡演化周期性示意圖[2]

此外岸坡在演化過程當中,由一個演化周期進入下一個演化周期時并不一定嚴格按照上述的4個階段演化,有些演化階段表現(xiàn)得可能不是很明顯如千將坪滑坡,其岸坡演化的不穩(wěn)定斜坡階段就體現(xiàn)得不夠明顯,也有可能會有某一演化階段的缺失,如當岸坡處于老滑坡殘體消亡階段時,河流切割至下一軟弱層面并發(fā)生大規(guī)模的巖質(zhì)岸坡失穩(wěn)破壞,這一過程就越過了穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段及不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段.不同岸段的具體演化過程主要由岸坡所處的地質(zhì)環(huán)境及河流侵蝕速度等因素決定.

3.3 研究區(qū)岸坡所處演化階段劃分及防治建議

據(jù)上述對研究區(qū)內(nèi)岸坡現(xiàn)狀特征研究及岸坡演化階段性研究,文章認為具有第一類岸坡特征的C段和G段,處于岸坡演化的第一階段-穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段,該階段是岸坡的穩(wěn)定期,一般無地質(zhì)災害,且在天然狀態(tài)下相當一段時間內(nèi)也不會發(fā)生具有較大規(guī)模及危害的岸坡失穩(wěn)事件.具有第二類岸坡特征的B、F、H段,處于岸坡演化的第三階段-斜坡變形失穩(wěn)階段,該階段是岸坡失穩(wěn)變形的活躍期,發(fā)育地質(zhì)災害具有規(guī)模大,頻率高等特征,處于該演化階段的岸坡治理難度較大,但是其地質(zhì)災害較易識別,應以監(jiān)測預防為主,建立完善的監(jiān)測系統(tǒng),對其變形發(fā)展動態(tài)進行監(jiān)測,并實現(xiàn)中期和臨滑預報,盡可能減輕災害損失.具有第三類岸坡特征的A、D和E段,處于岸坡演化的第四階段-老滑坡殘體消亡階段,該階段岸坡以土質(zhì)滑坡變形失穩(wěn)為主,規(guī)模及頻率相對第三階段要小,且其后期為穩(wěn)定巖質(zhì)岸坡階段,可采用防治結(jié)合的手段.受調(diào)查手段及方法等的限制,研究區(qū)內(nèi)未能劃分出處于不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段的岸坡,但是不排除部分岸段已經(jīng)進入該演化階段,該階段的岸坡雖然處于穩(wěn)定、基本穩(wěn)定狀態(tài),但是也是大規(guī)模巖質(zhì)岸坡失穩(wěn)變形的孕育期,因此加強對該階段岸坡的識別,穩(wěn)定性評價,監(jiān)測預報對地質(zhì)災害的防治具有重要意義.

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)岸坡現(xiàn)狀特征,研究區(qū)內(nèi)岸坡可劃分為8個岸段、3類岸坡,其中:C、G 段屬第一類岸坡;B、F、H段屬第二類岸坡;A、D、E段屬第三類岸坡.

(2)研究區(qū)內(nèi)順向、斜順向軟硬相間岸坡演化過程劃分為4個階段:穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段-不穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡階段-斜坡失穩(wěn)變形階段-老滑坡殘體消亡階段,在河流侵蝕切割影響下,上述4個階段周期性進行.

(3)研究區(qū)內(nèi)不同岸段所處的演化階段具體劃分為:C段和G段處于穩(wěn)定巖質(zhì)斜坡演化階段,B、F和H段處于斜坡變形失穩(wěn)階段,A、D和E段處于老滑坡殘體消亡階段.

[1］白云峰,周德培,王 科等.順層滑坡的發(fā)育環(huán)境及分布特征[J].自然災害學報,2004,13(3):39-43.

[2］殷躍平.三峽庫區(qū)邊坡結(jié)構(gòu)及失穩(wěn)模式研究[J].工程地質(zhì)學報,2005,13(2):145-154.

[3］丁少春,張勤麗,陳海洋.三峽庫區(qū)滑坡發(fā)育分布規(guī)律與防治對策研究[J].資源與環(huán)境工程,2007,21(3):265-268.

[4］李鐵峰,潘 懋,劉 瑞.基巖斜坡變形與破壞的巖體結(jié)構(gòu)模式分析[J].北京大學學報:自然科學版,2002,38(2):239-244.

[5］廖秋林,李 曉,李守定等.三峽庫區(qū)千將坪滑坡的發(fā)生、地質(zhì)地貌特征、成因及滑坡判據(jù)研究[J].巖石力學與工程學報,2005,24(17):3146-3153.

[6］張業(yè)明,劉廣潤,常 宏等.三峽庫區(qū)千將坪滑坡構(gòu)造解析及啟示[J].人民長江,2004,35(9):24-26.