黑方臺(tái)地區(qū)崩塌災(zāi)害發(fā)育類(lèi)型和發(fā)育機(jī)制分析

韓劍波，楊飛

(山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590)

0 引言

黃土臺(tái)塬是黃土高原區(qū)特有的一種地貌，其形成受河流發(fā)育的控制，是黃土在沿河流分布方向上覆蓋在河流階地上的黃土臺(tái)面,一般向河谷傾斜,黃土臺(tái)源一般臨空空間大,斜坡普遍高陡[1]。崩塌是黃土高原地區(qū)一種較為常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，它的頻發(fā)性、廣泛性對(duì)當(dāng)?shù)毓I(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、水利工程等產(chǎn)生巨大的影響及破壞。黃土崩塌的破壞模式不僅受控于陡立的地貌形態(tài)、黃土類(lèi)型與特性和構(gòu)造特征(垂直節(jié)理發(fā)育)等內(nèi)在因素，并且受控于人類(lèi)活動(dòng)和自然營(yíng)力等外在因素[2-4]。

黑方臺(tái)地區(qū)位于甘肅省西南的永靖縣鹽鍋峽鎮(zhèn)，距蘭州市約40km地處黃河與湟水河交匯處西南部位，湟水河南岸，黃河的北岸，為黃河的Ⅳ級(jí)階地[5]。調(diào)查范圍包括以黑臺(tái)和方臺(tái)2個(gè)臺(tái)塬為中心的附近地區(qū)200km2。黑方臺(tái)地區(qū)作為劉家峽、鹽鍋峽庫(kù)區(qū)移民安置區(qū)之一，1968年就開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的人工提水灌溉，隨著提水量的不斷增加，臺(tái)塬地面上陸續(xù)出現(xiàn)了裂縫、空穴、落水洞等，隨后大規(guī)模的地質(zhì)災(zāi)害相繼發(fā)生[6-9]。黑方臺(tái)地區(qū)地層出露好，由老到新為：下白堊統(tǒng)河口群，為紫紅色薄層—中厚層細(xì)砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，向上與中更新統(tǒng)卵礫石層呈角度不整合；之上為上更新統(tǒng)疏松的風(fēng)積黃土，頂部表層覆蓋有全新統(tǒng)的滑坡堆積體。

1 崩塌發(fā)育特點(diǎn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，黑方臺(tái)地區(qū)崩塌災(zāi)害的分布具有一定特點(diǎn)，全區(qū)共調(diào)查崩塌有36處(表1)，其中黃土崩塌有22處，主要發(fā)育在湟水河南岸坡，在京藏高速紅古區(qū)段路北以山神溝兩側(cè)坡體黃土崩塌災(zāi)害發(fā)育較多。基巖崩塌有14處，主要發(fā)育在黑臺(tái)北側(cè)磨石溝兩側(cè)陡坡，另外在京藏高速紅古區(qū)段路北以麥洞溝兩側(cè)坡體基巖崩塌災(zāi)害發(fā)育較多。在黃河南岸的榮蘭國(guó)道兩側(cè)以變質(zhì)巖系局部路段也有崩塌災(zāi)害存在。36處崩塌災(zāi)害全部在陡崖發(fā)育，斜坡坡角均介于65°～85°之間，說(shuō)明邊坡的穩(wěn)定性受斜坡坡度的影響較大，同時(shí)斜坡形態(tài)和坡體高度的變化與崩塌的發(fā)育也有關(guān)。

表1 崩塌點(diǎn)發(fā)育特征分析

(1)坡形與崩塌的關(guān)系。根據(jù)斜坡坡面形態(tài)特征，可將斜坡分為凹型、凸型、階梯型和直線型。在調(diào)查的36個(gè)崩塌中，有25個(gè)在凸型或階梯型中發(fā)育，占崩塌總數(shù)的69%，其中階梯型坡有12個(gè)，凸型有13個(gè)；直線型坡有10個(gè)，占崩塌總數(shù)的28%，凹型坡僅1個(gè)(圖1)。調(diào)查結(jié)果表明坡型對(duì)斜坡的穩(wěn)定性和變形破壞過(guò)程起到主導(dǎo)作用，凸型、階梯型比直線型和凹型斜坡更容易發(fā)生崩塌災(zāi)害。

圖1 研究區(qū)斜坡坡形與崩塌關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖

(2)坡高與崩塌的關(guān)系。研究區(qū)內(nèi)崩塌主要發(fā)生在坡高15～25m的斜坡地帶，占統(tǒng)計(jì)崩塌總數(shù)的53%，其次發(fā)生在25～50m的斜坡或坡高小于15m的斜坡地帶，占統(tǒng)計(jì)崩塌災(zāi)害的39%，坡高超過(guò)50m的情況下發(fā)生崩塌的概率減小(圖2)。由于高斜坡在風(fēng)化作用下已趨于穩(wěn)定；反之，低斜坡受河流以及人類(lèi)工程活動(dòng)的影響大，還未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，更易形成陡坡，因而具有較高的發(fā)生崩塌的概率。

圖2 研究區(qū)斜坡坡高與崩塌災(zāi)害的關(guān)系

2 崩塌發(fā)育成因分析

2.1 自然地質(zhì)條件

(1)地形地貌。黑方臺(tái)地區(qū)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以差異性上升為主，其結(jié)果使白堊紀(jì)地層強(qiáng)烈傾斜，局部褶皺構(gòu)造發(fā)育。下白堊統(tǒng)河口群上段的砂泥巖地層中節(jié)理比較發(fā)育，同時(shí)河流的下蝕作用強(qiáng)烈，形成了多級(jí)階地地貌，黑方臺(tái)即為黃河的Ⅳ級(jí)基座階地。位于斜坡高處的黃土垂直節(jié)理較發(fā)育，勢(shì)能大，在重力作用下，重心有向外移動(dòng)的趨勢(shì)，傾向臨空方向，在其他誘發(fā)因素作用下，便會(huì)形成崩塌。

(2)地層結(jié)構(gòu)。區(qū)內(nèi)組成臺(tái)塬邊坡的地層巖性主要為黃土和下白堊統(tǒng)河口群上段的砂泥巖。黃土在干燥時(shí)具有較高的強(qiáng)度，而遇水后表現(xiàn)出明顯的濕陷性，力學(xué)性質(zhì)隨含水量的增加而降低[10]。下白堊統(tǒng)河口群上段的砂泥巖，為粉質(zhì)粘土，巖石表面呈強(qiáng)風(fēng)化狀，在邊坡出露部位，其組織結(jié)構(gòu)已大部分被破壞，風(fēng)化裂隙十分發(fā)育，巖體破碎為碎塊狀，干時(shí)強(qiáng)度低，可用手折斷或捏碎，浸水或干濕交替時(shí)易軟化或崩塌。上部的黃土易崩解，而底部的基巖地層隔水性能強(qiáng)且遇水軟化，因而下部形成相對(duì)隔水層。當(dāng)雨水隨著裂隙進(jìn)入到蓋層附近時(shí)，下滲速度減慢，對(duì)裂隙的根部浸潤(rùn)、掏蝕，最終在坡頂拉張應(yīng)力作用下，在裂隙根部斷裂，同時(shí)斜坡臨空面又高，易形成崩塌災(zāi)害。

(3)水文地質(zhì)條件。黑方臺(tái)地區(qū)受地層組合巖性的控制，在豎直方向上，頂部黃土為疏松多孔的介質(zhì)，易滲水，其下為相對(duì)隔水的致密粉質(zhì)粘土層，而卵礫石層又滲水，砂泥巖又相對(duì)隔水。黑方臺(tái)地區(qū)降水為季節(jié)性降水，降水量雖不多，但降雨較為集中，主要集中在每年7—9月，強(qiáng)降雨頻發(fā)，特大暴雨也時(shí)有發(fā)生，這樣的強(qiáng)降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定影響顯著。

2.2 人為誘發(fā)因素

(1)農(nóng)田灌溉工程。區(qū)內(nèi)黃土臺(tái)塬頂部，當(dāng)?shù)厝嗣竦霓r(nóng)田灌溉以及排水系統(tǒng)設(shè)置不合理，使臺(tái)塬頂部本來(lái)的徑流發(fā)生變化，雨水無(wú)法及時(shí)排出，便順著黃土裂隙入滲到邊坡內(nèi)部，從而增加邊坡內(nèi)部含水量，使邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)修路切坡工程。現(xiàn)代城市的快速發(fā)展促進(jìn)了黑方臺(tái)地區(qū)公路工程的大規(guī)模建設(shè)，也就產(chǎn)生了大量的邊坡工程，工程建設(shè)打破了邊坡原有的平衡，使得坡體內(nèi)部重力發(fā)生重分布，會(huì)使坡體受力不平衡，誘發(fā)崩塌。

(3)原地取材工程?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)有些溝谷地段，坡腳出露厚2～5m的卵礫石層，有當(dāng)?shù)卮迕駷楦鞣N用途直接在坡腳掏挖卵石，導(dǎo)致坡體頂部地層懸空，易發(fā)生崩塌。

3 崩塌發(fā)育分類(lèi)

該次調(diào)查研究工作全面分析了黑方臺(tái)地區(qū)崩塌災(zāi)害發(fā)育的類(lèi)型和規(guī)律，從不同的研究角度進(jìn)行分析有不同的分類(lèi)方案。按照崩塌災(zāi)害發(fā)生的主控因素不同，區(qū)內(nèi)崩塌災(zāi)害可以劃分為自然型崩塌、人為型塌崩和人為-自然復(fù)合型崩塌。

3.1 按主控因素分類(lèi)

(1)自然型崩塌。自然型崩塌主要分布在節(jié)理裂縫較多的黃土斜坡中。水順著斜坡上的裂隙入滲到坡體內(nèi)部，坡體內(nèi)部土體在水的浸泡作用下軟化，承載力下降。另外，凍融作用加快裂隙及垂直節(jié)理發(fā)育，進(jìn)而加劇了路邊斜坡黃土崩塌的發(fā)生[11]。

(2)人為型崩塌。人類(lèi)工程活動(dòng)逐漸成為改變邊坡形態(tài)的重要因素，尤其需要對(duì)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖的工程，破壞了邊坡原有的受力狀態(tài)，當(dāng)坡腳無(wú)法對(duì)上部坡體形成有效支撐時(shí)，在坡腳處首先發(fā)生變形、破壞，上部坡體便沿著潛在的節(jié)理面形成崩塌[12-14]。

(3)人為-自然復(fù)合型黃土崩塌。由于人工開(kāi)挖導(dǎo)致邊坡原有的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)被破壞，邊坡處于重力重分布狀態(tài)，坡體前緣臨空。加之各種自然因素(降雨、風(fēng)化和凍融等)的影響，降低了坡體整體強(qiáng)度。崩塌發(fā)生后，塌落的巖土體會(huì)在與地面的撞擊下破裂，在坡腳堆積。

3.2 按物質(zhì)組成分類(lèi)

可將區(qū)內(nèi)的崩塌劃分為黃土崩塌和基巖崩塌[15](圖3)。

a—黃土崩塌；b—基巖崩塌圖3 黑方臺(tái)地區(qū)崩塌災(zāi)害典型類(lèi)型

(1)黃土崩塌。黃土崩塌主要受黃土地層中發(fā)育的垂直節(jié)理所控制的，黃土地層常呈均質(zhì)塊裂式，以?xún)A倒式變形破壞為主(圖3a)。

(2)基巖崩塌。主要是以早白堊世砂泥巖地層為主，由于多組節(jié)理裂隙的切割作用，坡表形成凸出的危巖體，在表生風(fēng)化作用下，危巖體易失穩(wěn)而塌落坡腳，呈倒錐形堆積體(圖3b)。

目前，我國(guó)的征信系統(tǒng)以中國(guó)人民銀行為核心，互聯(lián)網(wǎng)采取的大數(shù)據(jù)手段為輔。我國(guó)的征信系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的發(fā)展，雖然取得了相當(dāng)大的成果，但仍然存在著覆蓋面不夠廣，信息不夠全面，信息具有滯后性等問(wèn)題，這使得借貸過(guò)程中的信用風(fēng)險(xiǎn)不可避免。征信系統(tǒng)的不完善使得互聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)金融企業(yè)在開(kāi)展業(yè)務(wù)的過(guò)程中不能有效識(shí)別貸款者的風(fēng)險(xiǎn)，極易形成壞賬，這嚴(yán)重地制約了互聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)金融行業(yè)的發(fā)展。

4 崩塌發(fā)育機(jī)制分析

根據(jù)動(dòng)力機(jī)制可把黑方臺(tái)地區(qū)的崩塌災(zāi)害分為4種類(lèi)型，分別為拉裂-傾倒式崩塌、拉裂-滑移式崩塌、拉裂-墜落式崩塌和拉裂-下挫式崩塌[17-18](圖4)，天然條件下，調(diào)查區(qū)的崩塌主要以前2種類(lèi)型，在邊坡人工開(kāi)挖等影響下也有后2種型式。

(1)拉裂-傾倒式崩塌。 拉裂-傾倒式崩塌主要發(fā)生在降雨、集中徑流、潛蝕等作用下，垂直裂隙持續(xù)擴(kuò)展，并繼續(xù)向深處發(fā)展[16]，若張拉裂縫、大孔隙中的地下水未能及時(shí)流走，便在裂隙中產(chǎn)生相當(dāng)大水平力，這種力在水平方向上推動(dòng)塊體重心不斷外移，使得黃土斜坡的穩(wěn)定性降低，后側(cè)裂縫擴(kuò)大。當(dāng)支撐面不足以支撐上部的巖土體，或其后側(cè)裂隙充水強(qiáng)度降低時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大于抗傾覆力矩時(shí)，也就形成了傾倒型崩塌(圖4a)。

(2)拉裂-滑移式崩塌。拉裂-滑移式崩塌主要發(fā)生基巖層面緩傾向坡外的斜坡地帶，在坡肩附近巖土體被垂直節(jié)理或裂縫切割，被切割的塊體底部存在順坡傾伏的軟弱層面時(shí)，常發(fā)生拉裂-滑移式崩塌(圖4b)。被切割的塊體在降雨作用下，水沿裂縫進(jìn)入塊體內(nèi)部，一方面產(chǎn)生靜水壓力和動(dòng)水壓力，另一方面水體會(huì)對(duì)隔水層接觸面起軟化作用，在重力作用下，被切割的塊體向坡外滑動(dòng)，當(dāng)重心滑出坡體支撐范圍，就會(huì)產(chǎn)生拉裂-滑移式崩塌。

(3)拉裂-墜落式崩塌。 拉裂-墜落式崩塌主要發(fā)生在調(diào)查區(qū)基巖斜坡地帶，坡體由早白堊世砂泥巖軟硬互層構(gòu)成，抗風(fēng)化能力較弱的泥巖地層在坡面呈凹形，而泥巖層上部的砂巖地層抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化能力差異造成坡面呈突出狀懸空。區(qū)內(nèi)砂巖地層在地表長(zhǎng)期風(fēng)化作用下，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙較發(fā)育，在重力、降雨等作用下，處于懸空的巖體沿垂向節(jié)理拉裂張開(kāi)，逐步形成貫通面，造成巖體墜落(圖4c)。

(4)拉裂-下挫式崩塌。 拉裂-下挫式崩塌主要發(fā)育在受人類(lèi)工程活動(dòng)干擾的黃土斜坡地帶。近直立的黃土邊坡因坡腳開(kāi)挖，或坡腳發(fā)育河流長(zhǎng)期沖刷作用，造成邊坡前緣土體產(chǎn)生臨空面，坡體后緣原有的垂直裂隙在卸荷作用或降雨入滲土體強(qiáng)度降低的因素下發(fā)生拉裂，并逐漸向下擴(kuò)展形成貫通面，不穩(wěn)定土體沿貫通面產(chǎn)生下挫式塌落(圖4d)。

圖4 黑方臺(tái)地區(qū)崩塌災(zāi)害發(fā)育模式

5 結(jié)論

通過(guò)野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，采用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，理論分析等研究方法，對(duì)黑方臺(tái)地區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征及規(guī)律性進(jìn)行了系統(tǒng)研究與分析，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：①黑方臺(tái)地區(qū)崩塌災(zāi)害主要發(fā)育在湟水河南岸坡；②黑方臺(tái)地區(qū)崩塌發(fā)育的主要控制因素為節(jié)理裂隙大量的發(fā)育，而誘發(fā)因素主要為人類(lèi)的工程活動(dòng)，其次還有斜坡的地貌特征、坡體的結(jié)構(gòu)等；③按照崩塌災(zāi)害發(fā)生的主控因素不同，調(diào)查區(qū)崩塌災(zāi)害可以劃分為自然型崩塌、人為型崩塌和人為-自然復(fù)合型崩塌；按照崩塌的物質(zhì)組成分類(lèi)，可將區(qū)內(nèi)的崩塌劃分為黃土崩塌和基巖崩塌；④根據(jù)動(dòng)力機(jī)制可把黑方臺(tái)地區(qū)的崩塌災(zāi)害分為4種類(lèi)型，在自然因素下，主要為拉裂-傾倒式崩塌、拉裂-滑移式崩塌；在人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)影響下，主要為下拉裂-墜落式崩塌和拉裂-下挫式崩塌。

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