河南省羅山縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害形成機制及防治對策

周雷強

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院)

羅山縣位于河南省南部，大別山北麓，淮河南岸，地理位置為東經(jīng)114°10′～114°42′、北緯31°44′～32°19′。境內(nèi)整體地勢南高北低，南部山巒迭起，峰高壑深，一般海拔200 m，最高峰王墳頂海拔840 m；北部崗川相間，一般海拔約100 m，竹竿河與淮河交匯處為境內(nèi)海拔最低處，海拔43 m。為給該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作提供可靠依據(jù)，本研究以區(qū)內(nèi)滑坡地質(zhì)災(zāi)害為例，結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查、試驗分析等技術(shù)手段，對區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害形成機制、發(fā)育特征進行詳細分析，并對相應(yīng)的防治對策進行探討。

1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害特征

1.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害(隱患)發(fā)育特征

研究區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型為滑坡，區(qū)內(nèi)存在11處滑坡(9處牽引式滑坡，3處推移式滑坡)以及1處滑坡隱患，均分布于該區(qū)南部低山丘陵區(qū)。

(1)形態(tài)與規(guī)模。研究區(qū)滑坡主要分布于居民屋后和公路兩側(cè)的強風(fēng)化巖區(qū)和土質(zhì)區(qū)?；虑熬壉憩F(xiàn)為舌狀或長舌狀，滑坡前緣多被人工清理?；缕矫嫘螒B(tài)主要有半橢圓形和半圓形?；麦w長度為8～20 m，方量多為50～300 m3，皆為小型滑坡。

(2)邊界特征。后緣位置較高，是滑坡體最明顯的特征之一，平面形態(tài)多呈圓弧形和直線型。后壁坡度較大，一般為60°～90°；滑坡頂部與原斜坡相交，形成了較明顯的轉(zhuǎn)折棱坎?；聜?cè)界分為2個部分，上部為側(cè)壁，與后壁特征形似；下部為滑體邊界，邊界整體易區(qū)分，位于兩側(cè)擴展形成的小凹溝處，隨著滑坡發(fā)生時間的先后不同，側(cè)界保留的清晰程度也不同。

(3)表部特征。區(qū)內(nèi)滑坡主要為牽引式滑動，表現(xiàn)為自前緣到后壁分別逐級滑落，在滑坡體表面可見錯降的臺坎，老滑坡體上沖溝發(fā)育，完整性差，植被發(fā)育較好。滑坡體后壁和側(cè)壁巖土體裸露，壁面新鮮明晰，滑坡體基本未被侵蝕。

(4)內(nèi)部特征。巖質(zhì)滑坡體主要由強風(fēng)化片巖、片麻巖組成，巖體組成較為單一，主要有殘坡積與基巖接觸層面以及強弱風(fēng)化層接觸面，層面控制滑動面位置。

(5)滑動特征。滑坡的滑向基本與坡向一致，研究區(qū)內(nèi)溝壑較多，各個方向均有滑動。

1.2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害(隱患)危險性

研究區(qū)滑坡共計威脅251人及行車行人，威脅財產(chǎn)851萬元(表1)。其中，山店鄉(xiāng)熊店村熊店小學(xué)潛在滑坡點威脅人數(shù)200人，危害程度為重大級；朱堂鄉(xiāng)肖畈村吳塝組滑坡點威脅人數(shù)20人、威脅財產(chǎn)150萬元，危害程度中等；其余滑坡災(zāi)害點危害程度均較輕。

表1 研究區(qū)滑坡(隱患)災(zāi)害危險性評價

2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害(隱患)形成機制

2.1 地 貌

地形地貌是地質(zhì)災(zāi)害(隱患)發(fā)育的重要影響因素之一。研究區(qū)南高北低的地形加之高差起伏形成了眾多斜坡，具備了產(chǎn)生滑坡變形活動的條件。斜坡的外在形態(tài)決定了斜坡體應(yīng)力的大小與分布，控制著斜坡的穩(wěn)定性與變形模式[1-4]。

研究區(qū)地貌單元可分為南部低山區(qū)、中部丘陵區(qū)、北部崗地平原區(qū)和分布于竹竿河、淮河沿岸的河谷階地與河漫灘區(qū)。低山區(qū)、丘陵區(qū)及河谷區(qū)分布有較多斜坡，具備了滑坡體變形活動的臨空條件。

研究區(qū)斜坡坡面可以劃分為凸型、直線型、階梯型和凹型等4個基本類型[5]。在區(qū)內(nèi)調(diào)查的12處滑坡(隱患)中有7處發(fā)生于正向類型坡(凸形1處，直線型6處)，5處發(fā)生于負(fù)向坡型(階梯型3處，凹型2處)，其中，直線型和凸型正向類斜坡更容易發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

研究區(qū)調(diào)查的12處滑坡(隱患)中有7處發(fā)生于陡坡(坡度為20°～50°)，有3處發(fā)生于陡崖(坡度大于50°)，有2處發(fā)生于緩坡(坡度為5°～20°)。

一般來說，斜坡坡高與地質(zhì)災(zāi)害(隱患)的發(fā)生存在著明顯的控制關(guān)系，在其他條件一定的情況下，坡高越大，坡體安全系數(shù)越小。根據(jù)野外調(diào)查資料統(tǒng)計，研究區(qū)滑坡(隱患)多發(fā)生坡高10～120 m的斜坡上，共發(fā)育11處，約占整個滑坡(隱患)總數(shù)的91.7%。

研究區(qū)12處滑坡地質(zhì)災(zāi)害(隱患)中，發(fā)育于坡向為0°～135°、225°～270°斜坡上的滑坡數(shù)量較多，這與區(qū)內(nèi)河流走向有關(guān)，淮河總體走向為EW向，而在竹竿河流域被改為SN走向，這就決定了區(qū)內(nèi)滑坡(隱患)大多發(fā)育于坡向為0°～135°、225°～270°的斜坡上。

2.2 地 層

羅山縣境內(nèi)出露地層較復(fù)雜，有變質(zhì)巖類、結(jié)晶巖類、碎屑巖類和松散巖類等[6]，滑坡地質(zhì)災(zāi)害(隱患)在該4種類型地層中常有發(fā)育。第四系(Q)地層滑坡(隱患)災(zāi)害點有6處，其物質(zhì)組成一般為松散巖類，其次為變質(zhì)巖石表面全風(fēng)化碎屑等?；瑒用娴拇嬖谑前l(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害的必要條件，不同的滑動面產(chǎn)生不同的災(zāi)害，不同巖性組合的地層易形成不同形態(tài)、不同性質(zhì)的滑動面，滑動面的成因類型直接影響了滑坡的速度、變形[7-8]。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

羅山縣境內(nèi)地層劃分以龜山—梅山斷裂(西從青山鎮(zhèn)涼亭入境，東從周黨鎮(zhèn)薄道嶺北出境)為界，斷裂以南屬于揚子地層區(qū)、南秦嶺分區(qū)、西峽—大別山小區(qū)，斷裂以北屬于華北地層區(qū)、北秦嶺分區(qū)、信陽—商城小區(qū)。斷裂構(gòu)造破碎帶為災(zāi)害的發(fā)生提供了便利條件，在降水、地下水因素的綜合作用下易引發(fā)滑坡等[9-10]。

2.4 降 雨

降雨是滑坡的主要誘發(fā)因素之一。羅山縣境內(nèi)降水主要集中于每年6—9月，該時段降雨強度高、降水量大、集中，多夜雨、暴雨，因此滑坡多發(fā)于夜間，其余月份發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害明顯較少。近年來，區(qū)內(nèi)發(fā)生滑坡的頻次與多年月平均降雨量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

2.5 人類工程活動

隨著羅山縣經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，在不同程度上打破了原有的地質(zhì)環(huán)境平衡。如削坡時不按規(guī)范放坡，形成了較多高陡邊坡，對于滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有明顯的誘發(fā)作用[11]。

3 滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治對策

3.1 一般措施

研究區(qū)位于豫南大別山北麓，南部山巒起伏，峰高壑深，溝谷發(fā)育，地形復(fù)雜，北部崗川相間，地貌類型復(fù)雜多樣，環(huán)境地質(zhì)條件較差。一般性的滑坡災(zāi)害防治措施有防水、削坡等。

3.1.1 防水措施

根據(jù)區(qū)內(nèi)地形條件，主要防水措施為堵截、引水和排水。

(1)堵截。針對地表水進行堵截，并對已有的節(jié)理、裂隙等滲水通道進行回填、夯實?；碌刭|(zhì)災(zāi)害點的截水溝應(yīng)設(shè)置于滑坡體后緣，依地形而定，為有效攔截地表水，截水溝斷面尺寸宜為200 mm×200 mm。尤其是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和居民點附近的地質(zhì)災(zāi)害隱患處，在實施治理措施前，宜首先修建截水溝防止雨水匯集灌入滲水通道。竹竿河流域及其干流降水充沛，且在時間和空間上分布不均，大暴雨降雨過程中，降雨和具有一定匯水面積的斜坡或老滑坡匯集的地表水大量滲入巖土體，匯水量大、匯水速度快，會使得地下水位急劇抬升，故建議修筑截水工程，防止河岸崩塌。

(2)引水。在地形較陡、匯水面積較大、匯流速度較快的交岔處修筑引水工程，包括引水渠、引水槽、引水溝等。該措施是研究區(qū)防治地質(zhì)災(zāi)害最有效的方法之一，但應(yīng)確保溝、槽切實不漏水，并制定出有效的檢漏措施。

(3)排水。在水庫、淤地壩附近進行工程建設(shè)時，由于地下水位相對較高，易對斜坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，修筑排水工程可使得降雨迅速沿排水溝匯集、排放。排水溝的進出平面宜采用八字口形式布置，當(dāng)自然縱坡比大于1∶20時，設(shè)置跌水。竹竿河的大部分河段地形一般較平緩，是沿岸居民生活和進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場所，應(yīng)充分開發(fā)利用并加強保護。在低洼地帶修筑排水溝，綜合利用天然河溝和原有排水溝，連接成主排水溝進行排水，防止降雨和地表水大量滲入崩滑體。

3.1.2 削坡措施

削坡減荷是防治第四系滑坡地質(zhì)災(zāi)害最有效的措施之一，應(yīng)首先確定安全系數(shù)，而后進行坡型坡比選擇，本研究主要探討后者。研究區(qū)內(nèi)存在直線型邊坡、凸型邊坡、凹型邊坡、階梯型邊坡和混合型邊坡等5類，直線型邊坡、凸型邊坡為區(qū)內(nèi)最主要的坡型。通過力學(xué)驗算和野外調(diào)查，在平均坡比相同的條件下，一般在坡高的2/5處設(shè)置3～4 m寬平臺，并按坡高每6 m設(shè)置1個平臺呈臺階形，在平臺以下采用陡坡，開挖土方量少，不僅可以起到壓腳的作用，也可以增加邊坡土體的抗滑能力；在大平臺以上采用陡坡，可使平臺加寬，不僅可以起到削頂減載的作用，也能相應(yīng)減少邊坡土體的滑動力[12-13]。根據(jù)相關(guān)規(guī)范及區(qū)內(nèi)地層巖性特征，對于巖漿巖及變質(zhì)巖區(qū)邊坡，若設(shè)計坡高小于20 m，單級坡比應(yīng)為1∶0.3～1∶0.5；若坡高為20～30 m，單級坡比應(yīng)為1∶0.4～1∶0.6。對于巖石風(fēng)化極嚴(yán)重的邊坡，坡比宜適當(dāng)增大。建議殘坡積土邊坡設(shè)計單級坡比為1∶1.25～1∶1.5(坡高小于15 m)。此外，對于地質(zhì)條件復(fù)雜的邊坡，應(yīng)采用錨固或噴漿方法進行護坡。

3.2 綜合措施

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征、發(fā)育規(guī)律及危害程度，對于居民屋后危險性較大的小型地質(zhì)災(zāi)害，宜采用修建排水溝或?qū)ζ麦w進行改梯工程、取土卸荷等簡易工程進行治理；對于居民屋后危險性較小且不宜進行工程治理的小型地質(zhì)災(zāi)害隱患，宜采用監(jiān)測避讓等措施進行防治；對危險性大、威脅人口多的滑坡地質(zhì)災(zāi)害，可采用抗滑工程、排水工程及修筑階梯平臺等治理措施[14-15]。

3.3 降雨預(yù)警

研究區(qū)南部地區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，由于人類切坡建房、修路等不合理的工程活動，造成坡體陡峭臨空、危巖突出，破壞了坡體的應(yīng)力平衡，加之區(qū)內(nèi)基巖的節(jié)理、風(fēng)化裂隙尤為發(fā)育，降雨易沿著該類通道快速滲入地下，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。研究區(qū)北部第四系松散物分布廣泛，降水易沿著該類松散堆積物快速滲入地下，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。

3.3.1 降雨預(yù)報模型

根據(jù)羅山縣境內(nèi)2006—2014年度的月平均降雨量(圖1)，可知該縣每年7—9月份降雨量達到年內(nèi)最大值，因此，7—9月份是地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報的重點時段。在此基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)計研究區(qū)歷史記錄中地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生與前期降雨的關(guān)系，構(gòu)建降雨預(yù)報模型。模型采用有效降雨量、當(dāng)日降雨量2個指標(biāo)[16]，用有效降雨量的計算公式為

式中，Pz為有效雨量，mm；P0為預(yù)報當(dāng)日雨量，mm；Pi為災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日前i天(災(zāi)害發(fā)生當(dāng)日i=0)的每天降雨量，mm；Ki為災(zāi)害發(fā)生前i天的降雨影響系數(shù)，0.75。

圖1 羅山縣2006—2014年度各月平均降雨量

3.3.2 臨界降雨量確定

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與各種降雨(久雨)和致災(zāi)降雨(暴雨)關(guān)系密切，采用致災(zāi)降雨臨界值對地質(zhì)災(zāi)害進行預(yù)警預(yù)報有一定的作用。本研究以野外詳細調(diào)查的12次滑坡19個雨量站的詳細資料為樣本進行分析，確定降雨預(yù)警臨界值[17-18]。研究表明：①在近20 a中，羅山縣境內(nèi)共有18 a出現(xiàn)了R24h(24 h降雨量)≥50 mm的強降水，年平均R24h≥50 mm的強降雨有3日次，年1 h最大降雨量為19.9～68.6 mm；②R24h≥50 mm發(fā)生日次最多的年份為2008年，為6日次；1999、2006年未有R24h≥50 mm的降雨；③R24h≥50 mm的強降雨旬分布具有單峰值的特點，7月下旬—8月上旬為高峰期，4、5、6、9月份也有R24h≥50 mm的強降水出現(xiàn)，但僅在個別年份；④淋雨主要出現(xiàn)在9月，10月份也有淋雨和大雨發(fā)生。

最終確定的預(yù)警臨界降雨量特征值分別為：①R24h≥50 mm；②R6h(6 h降雨量)≥25 mm；③R1h(1 h降雨量)≥20 mm。

3.3.3 預(yù)警區(qū)劃分

本研究根據(jù)R1h≥20 mm進行預(yù)警區(qū)劃分，結(jié)果見圖2。

(1)Ⅰ級預(yù)警區(qū)主要分布于羅山縣中北部河谷平原及崗地區(qū)域，總面積1 183.4 km2，約占研究區(qū)總面積的57%。該地區(qū)多被第四系沖—洪積粉質(zhì)黏土和粉土覆蓋，植被茂盛，地形平緩，溝谷沖溝一般發(fā)育，為人類活動(主要為農(nóng)田開發(fā))地區(qū)。

(2)Ⅱ級預(yù)警區(qū)分布于羅山縣中南部的彭新鎮(zhèn)大部及鐵鋪鄉(xiāng)、靈山鎮(zhèn)、山店鄉(xiāng)、定遠鄉(xiāng)、周黨鄉(xiāng)、潘新鄉(xiāng)的部分區(qū)域，總面積225.2 km2，約占研究區(qū)總面積的11%。該區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件一般，地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，地貌類型為低山、丘陵，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，特別是鐵鋪鄉(xiāng)南部和山店鄉(xiāng)西部為構(gòu)造剝蝕低山區(qū)，居民稀少，人類工程活動較弱。該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育強度較研究區(qū)東南部和西南部稍低。

圖2 R24h≥20 mm預(yù)警區(qū)劃分

(3)Ⅲ級預(yù)警區(qū)位于研究區(qū)西南部的朱堂鄉(xiāng)、靈山鎮(zhèn)、鐵鋪鄉(xiāng)大部及青山鄉(xiāng)、彭新鎮(zhèn)的部分區(qū)域，東南部的山店鄉(xiāng)和定遠鄉(xiāng)、東南部的周黨鄉(xiāng)大部以及竹竿河平原段和調(diào)查區(qū)北部淮河段，總面積664.9 km2，約占研究區(qū)總面積的32%。羅山縣南部為低山丘陵區(qū)，山坡坡度一般大于30°，溝谷縱橫，構(gòu)造發(fā)育，由于巖石裂隙發(fā)育，風(fēng)化破碎強烈，人類工程活動強烈；竹竿河平原段和北部淮河段地貌類型均為河流沖積平原，地層巖性為第四系全新統(tǒng)沖積層，由于河流的侵蝕作用，造成岸坡坍塌，該區(qū)域為研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育區(qū)。

4 結(jié) 論

(1)羅山縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害具有規(guī)模較小、分布集中、危害差異大、誘發(fā)因素清楚等特征。多數(shù)滑坡體后壁位置較高，且后緣發(fā)育拉張裂縫，平面形態(tài)主要有半橢圓形和半圓形，滑面主要為殘坡積與基巖接觸層面以及強弱風(fēng)化層接觸面，誘發(fā)因素主要為人類工程活動及降雨。

(2)羅山縣滑坡地質(zhì)災(zāi)害的形成受地層巖性、坡體地質(zhì)結(jié)構(gòu)、坡體形態(tài)等因素的控制作用明顯。受不同巖性的控制，片麻巖質(zhì)斜坡易發(fā)生滑坡災(zāi)害；人類不合理的工程活動會加劇斜坡形成滑坡地質(zhì)災(zāi)害的危害，沿公路兩側(cè)和居民區(qū)周邊工程活動相對強烈，地質(zhì)災(zāi)害沿公路兩側(cè)呈線狀分布以及沿居民區(qū)呈片狀分布的特征，充分反映了該現(xiàn)象。

(3)應(yīng)盡快建立健全地質(zhì)災(zāi)害危險性評估制度，盡快整頓和清理危巖、尾礦，普及地質(zhì)環(huán)境保護科學(xué)知識，加強地質(zhì)災(zāi)害防治知識教育與群測群防網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

(4)對于受到滑坡威脅的居民點，需組織應(yīng)急搬遷避讓，對選擇的新址應(yīng)進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估。