西寧市主要地質(zhì)災(zāi)害成因及變形破壞模式分析

劉 峰，陳惠娟，王士東，趙東陽(yáng)，秦光雄

(青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局/青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧810007)

西寧市地處青藏高原東北部，是青海省政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，也是青藏高原人口最多、社會(huì)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、地理位置最重要、自然環(huán)境最優(yōu)越的省會(huì)城市。受西北特有的地質(zhì)環(huán)境背景條件的影響，西寧市突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育，是我國(guó)省會(huì)城市地質(zhì)災(zāi)害隱患最為嚴(yán)重的兩個(gè)省會(huì)城市(蘭州市、西寧市)之一。因人類工程活動(dòng)引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境惡化及地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，制約了我市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。筆者根據(jù)近幾年對(duì)西寧市地質(zhì)災(zāi)害實(shí)地調(diào)查資料，分析西寧市主要地質(zhì)災(zāi)害類型、成因等，并提出了主要地質(zhì)災(zāi)害變形破壞模式，為今后西寧城市主要災(zāi)害治理提供主要的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)災(zāi)害類型及成因

1.1 地質(zhì)災(zāi)害類型

根據(jù)《青海省西寧市地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查》調(diào)查情況，西寧主要地質(zhì)災(zāi)害類型“崩、滑、流”和不穩(wěn)定斜坡四種類型。本次實(shí)地調(diào)查災(zāi)害點(diǎn)294個(gè)[2－3]，災(zāi)害的分布情況見于表 1、圖1。

1.2 地質(zhì)災(zāi)害成因

西寧市地質(zhì)災(zāi)害是地形地貌、地層、巖土結(jié)構(gòu)、大氣降水以及人類工程活動(dòng)等因素共同作用的結(jié)果。

1.2.1 降水

“水”是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害主要因素，據(jù)本次調(diào)查資料，地質(zhì)災(zāi)害主要發(fā)生在6－10月，與本地區(qū)降雨量、降雨特征有直接關(guān)系。研究區(qū)深居西北內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，屬于高原干旱半干旱大陸性氣候，氣候垂直變化明顯[4]，年際間降水比較集中，主要在每年7、8、9月份，滑坡，崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的頻率和月降水量是的具有正相關(guān)關(guān)系(見圖2)。

表1 西寧市地質(zhì)災(zāi)害類型匯總統(tǒng)計(jì)表

降雨沿著黃土或基巖構(gòu)造節(jié)理、卸荷與風(fēng)化裂隙等空隙下滲甚至灌入，在相對(duì)隔水部位形成飽水帶，軟化滑動(dòng)帶，增大巖土體重力、甚至形成孔隙水壓力，降低巖土體強(qiáng)度，從而觸發(fā)滑坡、崩塌的發(fā)生[5]。另外，區(qū)內(nèi)降雨頻次直接影響泥石流災(zāi)害的發(fā)生頻率(見圖3)，每年的雨季同時(shí)也是以泥石流為主地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)季節(jié)，其他月份發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害則明顯減少。根據(jù)湟水地區(qū)已發(fā)生泥石流時(shí)的降雨資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)日降水量達(dá)25 mm，1小時(shí)降水量達(dá)到15 mm時(shí)即可引發(fā)泥石流。降雨是泥石流形成的主要條件和誘發(fā)因素。

圖1 地質(zhì)災(zāi)害類型與數(shù)量分布圖

圖2 降水量與滑坡多年月發(fā)生關(guān)系對(duì)比直方圖

圖3 西寧地區(qū)泥石流暴發(fā)降雨量臨界線圖

1.2.2 地質(zhì)環(huán)境條件

研究區(qū)地處黃土高原和青藏高原的結(jié)合地帶，是生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一。特殊的自然地理環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境背景條件，發(fā)育獨(dú)特的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題[7]。內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用起控制性作用，本區(qū)特有的構(gòu)造地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造孕育了多種災(zāi)害，外動(dòng)力地質(zhì)作用誘發(fā)的各種不良地質(zhì)現(xiàn)象顯現(xiàn)的十分突出。該區(qū)為中新生代形成盆地，由半固結(jié)紅色砂泥巖及黃土構(gòu)成谷地，其力學(xué)強(qiáng)度很低，尤其是遇水后強(qiáng)度大為降低[8]。由外動(dòng)力地質(zhì)作用誘發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題和不良地質(zhì)現(xiàn)象主要有泥石流、滑坡、崩塌、不穩(wěn)定斜坡等，當(dāng)人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在這些地區(qū)出現(xiàn)，就導(dǎo)致了湟水河河谷及其較大支溝谷與丘陵交接部位泥石流、滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，是這一地區(qū)最為嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。

1.2.3 人類工程活動(dòng)

隨著社會(huì)的發(fā)展，研究區(qū)人類工程活動(dòng)得到了空前的發(fā)展，引發(fā)了一系列的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題和隱患。人類工程活動(dòng)集中反映在湟水河谷及其較大一級(jí)支溝內(nèi)，其它地區(qū)則相對(duì)較輕。人類工程活動(dòng)主要方式見表2。隨著人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增強(qiáng)，其對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響也越來(lái)越嚴(yán)重，常常成為多種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的直接誘因[6]。2011年7月31日18時(shí)發(fā)生的北山一顆印滑坡就與綠化灌溉采取的漫灌直接相關(guān)。

表2 人類工程活動(dòng)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害分析表

2 變形破壞模式分析

控制西寧市城區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理的諸多因素中，高原隆升是內(nèi)動(dòng)力因素，它控制著湟水的形成演化和岸坡的形成演化，也控制著區(qū)內(nèi)人類經(jīng)濟(jì)工程活動(dòng)空間和區(qū)內(nèi)重大地質(zhì)災(zāi)害的形成。因此，構(gòu)造抬升，致使湟水階段性下切，并造就了區(qū)內(nèi)高階地前緣成為西寧市潛在重大地質(zhì)災(zāi)害隱患區(qū)和致災(zāi)區(qū)。也是由于西寧市Ⅴ級(jí)高階地前緣巖性結(jié)構(gòu)特征、地貌形態(tài)、構(gòu)造裂隙面及工程地質(zhì)性質(zhì)的差異，也導(dǎo)致了研究區(qū)不同地段有不同的地質(zhì)災(zāi)害形變特征(見表3)。

表3 研究區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害變形破壞模式

2.1 卸荷拉裂型

該類型斜坡帶一般高陡，后緣斜坡總體坡形為折線型，坡腳有滑坡體堆積，地質(zhì)模型及巖體受力狀態(tài)如圖4，變形特征:上部Ⅴ級(jí)階地前緣具典型的塊體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，即在墜落自重力和靜水推力作用下，致使塊體卸荷，并向向坡外墜落。墜落物在坡腳堆積，并在累積性堆積過(guò)程壓密固結(jié)，當(dāng)累積性固結(jié)推力達(dá)到極限時(shí)，形成沿古坡面滑動(dòng)。

圖4 北山寺潛在不穩(wěn)定斜坡變形破壞示意圖

2.2 壓制拉裂型

主要分布在北山中斷的褚家營(yíng)一帶，這里由于沖溝密度大，坡頂應(yīng)力集中，壓致裂面極為發(fā)育，掉塊、撒落時(shí)有發(fā)生，資料顯示規(guī)模小于10×104m3的滑坡多達(dá)11處，穩(wěn)定性差。地質(zhì)模型及巖體受力狀態(tài)如圖4，變形破壞特征，斜坡因沖、切溝密集發(fā)育，坡頂應(yīng)力集中，壓制裂隙十分發(fā)育，尤以傾向坡外、傾角50°左右最為顯著，在自重及靜水壓力作用產(chǎn)生向坡外的滑動(dòng)力，形成小規(guī)?；虏⒍逊e在坡腳帶。坡腳帶堆積物處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部因固 結(jié)壓密產(chǎn)生蠕滑，屬固結(jié)壓密 作用引起，推力較小。

2.3 黃土自重滑移拉裂型

主要分布在研究區(qū)西部南北山黃土披覆帶，如馬坊 ～西杏園、西山～陰山堂一帶，這里沖溝密度較大，坡頂覆蓋有厚達(dá)100余米的黃土，底部有相對(duì)隔水的泥巖或鈣質(zhì)膠結(jié)的底礫石層，為相對(duì)隔水層。

地質(zhì)模型及巖體受力狀態(tài)如圖5，變形破壞特征:斜坡帶因沖溝發(fā)育，同時(shí)黃土垂直節(jié)理發(fā)育，卸荷裂隙沿黃土垂直節(jié)理呈隱性發(fā)育，降水沿隱形卸荷裂隙入滲并引發(fā)濕陷坑、穴相互貫通，在水壓力及重力作用下，沿基巖面或底礫石面滑移破壞，現(xiàn)狀條件下穩(wěn)定性差。

圖5 褚家營(yíng)潛在不穩(wěn)定斜坡變形破壞示意圖

2.4 軟巖卸荷滑移拉裂型

該類破壞形式主要集中在北川河谷右岸破壞帶?；乱?guī)模達(dá)100萬(wàn) m3，均為古近系巖質(zhì)滑坡。地質(zhì)模型及巖體受力狀態(tài)如圖6。變形破壞特點(diǎn):坡面臨空高陡，巖體巖性結(jié)構(gòu)為軟硬相間，坡體在自重力作用下卸荷拉裂，坡腳帶沿軟弱結(jié)構(gòu)面蠕變滑移，最終在重力和水壓力作用下，上部切層，下部沿軟弱面滑動(dòng)形成滑坡。目前較穩(wěn)定。

圖6 馬坊西斜坡變形破壞示意圖

圖7 陰山堂斜坡變形破壞示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

由于地區(qū)性經(jīng)濟(jì)落后，西寧市并未做過(guò)詳細(xì)的重大地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃工作。地質(zhì)災(zāi)害年年造成人員傷亡，破壞城市、礦山、企業(yè)和交通干線，隨著西部大開發(fā)步伐的加快和青藏高原特色旅游業(yè)的蓬勃興起，人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)加劇，西寧地區(qū)地質(zhì)環(huán)境脆弱，由此引發(fā)和加劇了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害呈現(xiàn)加重的趨勢(shì)，嚴(yán)重危害著研究區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，本次地質(zhì)災(zāi)害破壞模式提出，希望起到科學(xué)有效的防災(zāi)、減災(zāi)的目的[9]。

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