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)

?

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。

1　結(jié)構(gòu)類型及分布特征

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。

2　變形破壞模式

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

3　發(fā)展失穩(wěn)趨勢

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

4　結(jié)論

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。

[1]張茂省，校培喜，魏興麗，等.延安寶塔區(qū)滑坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害[M].北京: 地質(zhì)出版社，2009.

[2]黃玉華，馮衛(wèi)，李政國.陜北延安地區(qū)2013年“7·3”暴雨特征及地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)模式淺析[J].災(zāi)害學(xué)，2014，29(2)：54-59.

[3]強菲，趙法鎖，段釗.陜南秦巴山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及空間分布規(guī)律[J].災(zāi)害學(xué)，2015,30(2)：193-198.

[4]Carlton L Ho. Development of an unstable slope management system[R]. University of Massachusetts Amherst，1991.

[5]Scott L Huang，Margerat M Darrow，Peter Calvin. Unstable slope management program(background research and program inception)[R].Alaska Department of Transpotation and Public Facilities，2009.

[6]喬建平. 不穩(wěn)定斜坡危險度的判別[J]. 山地研究，1991，9(2)：117-122.

[7]馬建青，謝宗英，李小林，等. 青海省重大工程區(qū)潛在不穩(wěn)定斜坡調(diào)查與災(zāi)害風(fēng)險評價[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2009，20(2)：91-94.

[8]段釗，趙法鎖，陳新建.陜北黃土高原區(qū)滑坡發(fā)育類型與時空分布特征—以吳起縣為例[J].災(zāi)害學(xué)，2011,26(4):52-56.

[9]?？∪A.延安市斜坡幾何形態(tài)與滑坡、崩塌相關(guān)性研究[D].西安：長安大學(xué)，2014.

[10]王博. 延安市地貌與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)性研究[D]. 西安：長安大學(xué)，2013.

[11]張茂省，孫傳堯，校培喜，等. 延安市寶塔區(qū)地質(zhì)災(zāi)害詳細(xì)調(diào)查示范[J]. 西北地質(zhì)，2007，40(2)：29-55.

[12]張倬元，王士天，王蘭生. 工程地質(zhì)分析原理[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1994.

[13]張茂省. 黃土地質(zhì)災(zāi)害影響因素研究[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報，2007，15(Sl)：133-140.Study on the Development Features of Unstable Slopes in Yan’an

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.]