馬鞍山東坡泥石流形成機理及應(yīng)急防治措施

徐連利，侯合明

（河南省煤田地質(zhì)局資源環(huán)境調(diào)查中心，鄭州 450003）

馬鞍山東坡泥石流形成機理及應(yīng)急防治措施

徐連利，侯合明

（河南省煤田地質(zhì)局資源環(huán)境調(diào)查中心，鄭州 450003）

“7·19”河南省安陽市連續(xù)強降雨過程中，市西南部山區(qū)馬鞍山東坡出現(xiàn)淺層滑坡，并且沿溝谷形成了高位坡面泥石流，對下游居住有1200多戶的嶺頭村村莊西部8戶村民房屋造成了較大破壞。因上游不穩(wěn)定松散堆積物源仍然存在，高位、近途、高速沖擊整個嶺頭村的危害依然沒有消除。以這次高位坡面泥石流為研究對象，分析其產(chǎn)生的地形地貌、巖土體特征、物源特征、降雨影響及人工影響等形成機理。提出了上游圍擋、局部松散高陡巖土體卸荷，中上游疏浚坡面流水與泥石流溝，中下游設(shè)置停淤場和下游設(shè)置攔擋壩的綜合應(yīng)急防治措施，防治特大型泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。

高位泥石流；形成機理；綜合應(yīng)急防治

0 引言

泥石流是指在因暴雨、暴雪等自然災(zāi)害引發(fā)的山體滑坡并攜帶有大量泥沙以及石塊的特殊洪流。泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物質(zhì)容量大和破壞力強等特點，常常會沖毀公路、鐵路、通訊設(shè)施、廠房建筑、城市村鎮(zhèn)等，造成巨大損失，許多學者對此做了很多相關(guān)研究（李文鑫， 2014；余斌等，2010）。然而，隨著氣候變化異常，局地降雨量的增強，植被茂盛的山坡也被觸發(fā)形成勢能強勁的坡面泥石流（王騰飛等， 2014；曾凡偉， 2005；高楊等， 2013；王秀麗等，2013），這種泥石流規(guī)模雖小，卻給當?shù)厝罕妿砹司薮蟮臑?zāi)難，這種坡面泥石流更具有隱蔽性和突然性，也是地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中易遺漏的隱患點。河南安陽馬鞍山坡面泥石流，就是一次植被茂盛地區(qū)強降雨過后的高位、近途、高速的泥石流危害，分析其形成機制，制定綜合的應(yīng)急防治措施，以防治特大型地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，也為類似地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、預(yù)測、防治提供參考、借鑒。

1 泥石流發(fā)生概況

照片1 泥石流摧毀、淤埋房屋Pic.1 Destroyed and buried houses by Debris Flow

照片2 泥石流將原有梯田沖切成V字型深溝Pic.2 Cutting the terrace into V type deep groove

馬鞍山位于河南省安陽縣西南部山區(qū)馬家鄉(xiāng)嶺頭村西側(cè)，馬家鄉(xiāng)是“7·19”安陽特大暴雨影響地區(qū)，也是特大暴雨過后各類地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)生的重災(zāi)區(qū)。2016年7月19日，在暴雨誘發(fā)下，馬鞍山東坡產(chǎn)生高位、近途、高速泥石流災(zāi)害，固體沖出量約20000m2，規(guī)模中等，造成東側(cè)山腳下的嶺頭村16畝梯田、8戶約100間房屋被摧毀（照片1、照片2）；另有約40戶村民，約200間房屋受到不同程度淤埋?，F(xiàn)在仍處于汛期，嶺頭村現(xiàn)有居民住戶共約1200戶、3700余人，約1/4的村莊區(qū)域仍受此隱患點威脅。

2 泥石流形成機理分析

2.1 地形地貌

該泥石流溝位于馬家鄉(xiāng)嶺頭村西側(cè)的馬鞍山東坡，為低山地貌。微地形地貌特征是東坡地形坡度大，溝谷狹窄，泥石流溝坡10°～26°，呈東西向展布，坡底即為嶺頭村。主溝流域內(nèi)最高分水嶺海拔高程為605m，最低海拔高程331m，相對高差274m，流域面積0.17km2，匯水面積0.086km2，主溝長約580m；主溝溝床比降10.51%～65.5%，平均比降26.2%，與山坡坡度基本一致；與山坡坡度基本一致；上段溝谷呈“V”形，下游呈簸箕型。在東坡中上部一級臺階處，有一條早期礦山道路呈近水平繞山蜿蜒展布，局部切割地形顯著，在溝谷填筑段，修有高度3m不等的擋墻（圖1、圖2）。

2.2 巖土體特征

馬鞍山是大面積奧陶紀石灰?guī)r區(qū)的閃長巖巖體侵入體，閃長巖體產(chǎn)狀180°∠20°，受地質(zhì)歷史時期的風化作用，表層巖體強風化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，球狀風化形成許多直徑較大孤石存在。風化后的土砂質(zhì)成分大，占60%左右，在巖體坡面覆蓋，層度2～4m不等，該層植被發(fā)育，有誘導(dǎo)因素情況下，極易產(chǎn)生順坡滑動。在溝谷緩坡處以及早期人工擋墻內(nèi)側(cè)有厚度3～8m不等的松散土層附著。

2.3 物源分析

（1）坡面松散蓋層

圖1 泥石流特征平面圖Fig. 1 Characteristic plane graph of the debris fl ow

圖2 泥石溝縱切剖面圖Fig.2 The longitudinal section of debris fl ow

覆蓋于坡面厚度2～4m的風化巖土形成于地質(zhì)歷史時期，松散、粘結(jié)力差，產(chǎn)出于高坡度坡面，粗糙的坡面和發(fā)育的植被維持其穩(wěn)定，條件具備時就成為物源，可能參與泥石流的總方量為2000m3。

（2）崩塌巖體

表層強風化巖體，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，大量球狀風化孤石經(jīng)常出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象，這些碎石有的還停留在高處，有的停在溝谷，是危險的不穩(wěn)定的物源。

（3）道路上方不穩(wěn)定斜坡體

礦山道路基本上是在微地形變化急劇處修建，其上部巖體高陡，易沿風化面形成順層滑坡。

（4）塌方滑坡體

以丙烯為碳源氣體，氮氣為稀釋氣體，采用等溫化學氣相沉積法(CVI)在碳纖維預(yù)制體內(nèi)部引入熱解碳(PyC)。熱解碳沉積溫度為950 ℃，丙烯與氮氣流量比為3∶1，沉積壓力為 0.6～0.8 kPa，沉積時間為300 h。將制備所得的多孔C/C復(fù)合材料在氬氣保護氣氛下進行高溫熱處理，熱處理溫度為 2 100 ℃，保溫時間2 h，得到體積密度為 1.20 g/cm3的多孔C/C復(fù)合材料。

礦山道路的填筑路段及溝谷部分道路擋墻處厚度3～8m不等的松散土層，有出現(xiàn)傾倒趨勢，如遇強暴雨或持續(xù)降雨，易失穩(wěn)再次成為泥石流新的物源。

（5）沖溝兩側(cè)殘坡積物及松散碎石層

沖溝原來地貌為階梯狀果園，屬于退耕還林用地，主要作物為核桃樹，發(fā)生泥石流后，形成深切“V”字型沖溝，溝谷大量的松散覆蓋層已被沖走，沖溝無堵塞現(xiàn)象，溝側(cè)幫及高處仍有大量松散巖土體，預(yù)估仍有0.9萬m3可能參與泥石流物源。

2.4 動力特征

（1）重力因素

本區(qū)地形高差在274m左右，滑坡距離300～500m，泥石流形成區(qū)、流動區(qū)與淤積區(qū)相連；呈簸箕狀的下部松散土層較厚，形成梯田，泥石向梯田處流深切至基巖出露，直面坡底的嶺頭村。這種具備位置高、有臨空面、物源比較豐富且松散易流動，是主要動力因素。

（2）強降雨誘發(fā)

由于“7·19”強降雨，強力坡面流和重力作用，部分巖體產(chǎn)生滑動，巨石、漂石在重力作用下也隨之滾動；加上暴雨強力沖刷、推動作用，最終形成一股強勁的泥石流，泥石流的起動部位處于道路臨空面上方，給嶺頭村造成了較大危害。

連日細雨，使得巖土體飽和，自重增大，巖土體抗剪強度降低，因此在暴雨條件下，泥石流具有形成迅速，物源成分復(fù)雜、規(guī)模不大、流速快，下泄迅猛、途徑短、時間短、危害大的特點。

2.5 發(fā)展趨勢預(yù)測

“7·19”泥石流地質(zhì)災(zāi)害過后，部分失穩(wěn)的崩塌巖體、坡面松散巖土、沖溝兩側(cè)殘坡積物及松散碎石層等已經(jīng)運動到低處，但是結(jié)構(gòu)壞后的新的殘留巖土體、道路上方不穩(wěn)定斜坡體、山腰溝谷處及部分道路擋墻處厚度3～8m不等的松散土層以及沖溝兩側(cè)殘坡積物及松散碎石層依然存在，強降雨、慢慢細雨，仍有再次誘發(fā)泥石流地質(zhì)災(zāi)害的可能，直接危害嶺頭村居民的生命財產(chǎn)安全。

3 應(yīng)急防治措施

根據(jù)實際情況，應(yīng)采取應(yīng)急防治措施。首先，汛期應(yīng)加強天氣變化及山體變形監(jiān)測工作，隨時做好避讓準備。治理工作突出“以人為本”的原則，以防為主，防治結(jié)合，盡可能地不改變原有巖土條件，防治措施采取攔擋+卸荷反壓+擋水+清淤+構(gòu)筑停淤場+安全擋壩綜合應(yīng)急治理方案（圖3）。①上游攔擋墻：馬鞍山上部一級平臺的山坡道路西側(cè)山體覆蓋層潛在滑坡，位于泥石流源頭沖溝的沖口，設(shè)置攔擋墻，重力式擋土墻形式為擋墻+泄水孔，擋墻上部為攔壩式，重力式擋土墻長40m、高4m、均厚2m，阻止或減緩上部松散堆積體及大塊球狀分化巖塊下滑，同時減少水土流失，減少泥石流物源。②卸荷反壓：采取削坡方式，對山腰溝谷處及部分道路擋墻處厚度3～8m不等的松散土層進行卸荷反壓，防治出現(xiàn)傾倒趨勢，引發(fā)更大方量的土體滑落，再次參與泥石流物源。③清淤及沖溝松散巖土體：根據(jù)現(xiàn)有沖溝盡量少的松動巖土體，清理沖溝內(nèi)危巖體，將巖塊穩(wěn)定地靠在有松散覆蓋層一側(cè)砌放，減少泥石流對覆蓋層的再次重刷，利于水土保持，減少物源。④擋水墻：在泥石流溝的南側(cè)順坡脊修建高0.5m擋水墻工程或局部墊高，可以防止南坡的水流順著道路進入泥石流溝，阻止外部洪雨強化沖刷。⑤設(shè)置停淤場：在簸箕狀的溝谷下游，利用該段比較開闊、下凹的地形優(yōu)勢，在下方上坡處修筑擋墻重力式攔壩，修建后可容納近2萬m3泥沙，起到分級攔擋、減緩的作用，壩高根據(jù)情況加高。⑥筑安全重力擋墻：在停淤場擋墻的靠近嶺頭村附近增加一道安全重力擋墻，擋墻頂部為格柵壩，壩的內(nèi)側(cè)上部加擋兩層荊把，用于減弱上部巨石、漂石的危害。

圖3 應(yīng)急防治措施部署Fig.3 Deployment of Emergency Control Measure

4 結(jié)論

（1）馬鞍山東坡坡面泥石流地質(zhì)災(zāi)害規(guī)模不大，但隱蔽性較強，危害性大，對村民的危害為直接摧毀和淤埋房屋。

（2）本次泥石流觸發(fā)的主要因素為強降雨，泥石流的起動部位道路臨空面上方，人類活動加劇了泥石流發(fā)生條件的形成。

（3）時值汛期，泥石流隱患依然存在，采取攔擋+卸荷反壓+擋水+清淤+構(gòu)筑停淤場+安全擋壩綜合應(yīng)急治理措施，可起到有效甚至是永久防護作用，同時還要加強監(jiān)測，主動搬遷避讓。

（4）加強可能發(fā)生類似災(zāi)害隱患點排查工作，做好應(yīng)急預(yù)案，確保最大限度避免、減少地質(zhì)災(zāi)害造成的群眾生命財產(chǎn)損失。

高楊，殷躍平，邢愛國，等. 雞尾山高速遠程滑坡——碎屑流動力學特征分析[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2013，24(4)：46-51.

李文鑫，2014. 汶川地震引發(fā)的次生山地災(zāi)害鏈及人工斷鏈效果——以小崗劍泥石流溝為例[J]. 山地學報，32(3)：336-344.

王騰飛，姚磊華，陳愛華，2014. 暴雨條件下麻柳溝坡面泥石流形成過程試驗研究[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，41(4)：119-124.

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曾凡偉，2005. 坡面泥石流發(fā)生及運動機制研究——以重慶市北碚區(qū)為例[D]. 西南師范大學.

Formation Mechanism and Emergency Control Measures of Debris Flow in the East Slope of Ma’an Mountain in Anyang, Henan

XU Lianli, HOU Heming

(Resources and Enνironment Inνestigation Center, Henan Proνincial Coalf i eld Geology Bureau, Zhengzhou 450003)

In the process of continuous heavy rain on 19th July in Anyang city, Henan Province, the east shallow landslide of Ma’an Mountain changed into the high slope debris fl ow along the valleys. It destroyed eight family houses in Lingtou village which has more than 1200 residents. Due to the upstream instability loose deposit, the village still faces the threat of debris fl ow with the characteristics of near way and high speed. Taking debris fl ow on slope as the research object, the formation mechanism is studied based on the research on topography, rock and soil characteristics, provenance characteristics, rainfall and the artif i cial inf l uence. We put forwards to the following comprehensive management measures, enclosuring upper part, locally unloading unstable rock and soil, dredging mid-upstream, building stop and deposit field and retaining wall downstream, to prevent extra-large geological hazard.

High-level debris fl ow; Formation mechanism; Comprehensive emergency prevention

P642.23

A

1007-1903（2017）01-0096-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.01.017

徐連利（1964- ），男，博士，教高，主要研究方向為水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)。E-mail：xulianli180@163.com