湖北崇陽(yáng)縣大藥菇山區(qū)降雨型滑坡成因機(jī)理分析

楊 瀟，梅紅專

(湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊(duì)，湖北 襄陽(yáng) 441000)

大藥菇山區(qū)位于湖北省崇陽(yáng)縣西部陸水河左岸，涉及桂花泉鎮(zhèn)、石城鎮(zhèn)、沙坪鎮(zhèn)、肖嶺鄉(xiāng)和天城鎮(zhèn)中北部地區(qū)(陸水河以西)，面積約612.82 km2，占全縣國(guó)土面積的31.14%。該區(qū)為崇陽(yáng)縣縣城所在地，也是崇陽(yáng)縣經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)。近年來(lái)區(qū)內(nèi)極端天氣頻發(fā)，其中2015—2017年汛期均發(fā)生大范圍強(qiáng)降雨，引發(fā)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，給當(dāng)?shù)厝罕姷纳拓?cái)產(chǎn)安全造成極大威害。因此，研究區(qū)內(nèi)降雨與滑坡災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系，分析區(qū)內(nèi)滑坡誘發(fā)因素和形成機(jī)理，對(duì)認(rèn)識(shí)崇陽(yáng)縣滑坡災(zāi)害特征并有效開展地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)與防治工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)環(huán)境概況

大藥菇山屬幕阜山主支，為崇陽(yáng)縣之西屏。大藥菇山區(qū)地貌單元自西向東分屬低山丘陵地貌、丘陵谷地地貌和河谷盆地(平畈)地貌，區(qū)內(nèi)地勢(shì)整體西高東低。區(qū)內(nèi)出露地層較為齊全，主要以冷家溪群變質(zhì)巖、寒武系碳酸鹽巖、第三系—白堊系碎屑巖以及第四系殘坡積物、洪沖積物為主。大藥菇山區(qū)大地構(gòu)造位置屬下?lián)P子陸塊幕阜山被動(dòng)邊緣褶沖帶之咸寧臺(tái)坪褶皺，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與變形，形成了較為復(fù)雜的構(gòu)造形跡。受構(gòu)造作用影響，巖石抗風(fēng)化能力較差，泥質(zhì)成分高，易滑地層分布廣泛。

2 滑坡特征概述

大藥菇山區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化作用影響山體表層結(jié)構(gòu)已趨松散，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育趨于成熟，受雨水、人類工程活動(dòng)等外部因素的影響，各類地質(zhì)災(zāi)害特別是滑坡災(zāi)害極易發(fā)生。截至2018年底，區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)88處[1]，發(fā)育滑坡(58處)和潛在滑坡(8處)共計(jì)66處，兩者占區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)總數(shù)的75%，其中土質(zhì)滑坡60處，占區(qū)內(nèi)滑坡總數(shù)的90.91%；巖質(zhì)滑坡僅發(fā)育6處，占區(qū)內(nèi)滑坡總數(shù)的9.09%；按規(guī)模分均為小型，其中滑體體積<3.0×104m3的達(dá)61處，占比92.42%；滑坡主要以淺層破壞為主，發(fā)育滑體厚度為2～8 m，其中滑體厚度<5 m的滑坡共有58處，占滑坡總數(shù)的87.88%。

區(qū)內(nèi)滑坡在空間分布上具有明顯區(qū)域性，受地形地貌控制作用明顯。66處滑坡(含潛在滑坡)中，分布于東部河谷盆地區(qū)的有5處，分布于中部、西部侵蝕中低丘陵寬谷區(qū)的有61處，而西南部低山區(qū)未發(fā)現(xiàn)滑坡。整體而言，研究區(qū)中部和西部丘陵區(qū)滑坡相對(duì)發(fā)育，東部地勢(shì)寬緩的平畈區(qū)和西南部人工活動(dòng)較弱的低山地貌區(qū)滑坡相對(duì)不發(fā)育。同時(shí)，該區(qū)滑坡分布具有明顯分帶性，滑坡多沿人類工程活動(dòng)帶及溝谷走向發(fā)育。

3 降雨特征

據(jù)崇陽(yáng)縣氣象局資料，境內(nèi)降雨有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性。年平均降雨量為1 508 mm，24 h最大降雨量為203.5 mm(1981年7月12日)，60 min最大降雨量為77.9 mm(1981年7月12日5：00)，10 min最大降雨量為26.7 mm(1994年6月17日17：49)?？h境東南部、中部偏南和西北部一帶年降雨量為1 500～1 570 mm，屬多雨區(qū)；西南隅和東北部年降雨量為1 460～1 500 mm，屬少雨區(qū)，其余地區(qū)介于兩者之間。境內(nèi)降雨年際變化較大，根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，1963—2012年崇陽(yáng)縣年降雨量偏多的年份有36年,年降雨量最多為1998年的2 114.9 mm,比歷年平均值偏多810.6 mm；年降雨量偏少的年份有14年，年降雨量最少為1968年的961.7 mm，比歷年平均值少342.6 mm。降雨量累積距平曲線為多峰多谷型。

研究區(qū)降雨空間分布差異也較大，年度降雨量在崇陽(yáng)縣屬中等區(qū)，降雨量基本為西北部大于東南部，山區(qū)多于河谷，降雨量隨著地形海拔的升高亦增大。另?yè)?jù)咸寧市水資源公報(bào)(2011—2016年)顯示，研究區(qū)降雨量北部大于南部，西部山地丘陵區(qū)大于東部崗地平畈區(qū)。

總之，由于研究區(qū)內(nèi)降雨量的時(shí)空分布不均，降雨的直接利用率不高，加之地形復(fù)雜，河水暴漲暴落，造成區(qū)內(nèi)水旱及地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。

4 滑坡與降雨關(guān)系

降雨是滑體中水的主要來(lái)源，是形成和影響滑坡的主要因素[2-4]。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)已發(fā)生的58處滑坡都是在降雨期間發(fā)生的，降雨無(wú)疑是影響滑坡穩(wěn)定的最重要的因素。

4.1 滑坡與降雨量的關(guān)系

大藥菇山區(qū)是崇陽(yáng)縣雨量最充沛的地區(qū)之一，區(qū)內(nèi)降雨的時(shí)空分布不均勻，主要集中在4—7月，降雨量約占全年的61%。如圖1所示，滑坡主要發(fā)生于5—7月，而6月是區(qū)內(nèi)降雨量最多的月份，也是滑坡發(fā)生最多的月份，可見區(qū)內(nèi)滑坡的發(fā)生受降雨影響較為敏感。

圖1 大藥菇山區(qū)滑坡與月平均降雨量分布圖

根據(jù)調(diào)查資料，2015年大藥菇山區(qū)降雨量較縣境其它區(qū)域明顯偏多，降雨量主要集中在2015年6月初，其中桂花泉鎮(zhèn)僅在2015年6月2日當(dāng)天降雨量就達(dá)247.2 mm，從而引發(fā)多處群發(fā)性降雨型滑坡。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅6月2—4日3天全縣發(fā)生滑坡就有近40余處，其中大藥菇山區(qū)發(fā)生滑坡達(dá)27處(見圖2和表1)。

圖2 崇陽(yáng)縣2015年降雨量分區(qū)與群發(fā)性滑坡分布圖

表1 大藥菇山區(qū)2015年各降雨量分區(qū)內(nèi)滑坡情況統(tǒng)計(jì)表

從圖2和表1可以看出，區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生頻次與降雨量分布規(guī)律基本一致，滑坡變形活動(dòng)受降雨控制明顯，滑坡的發(fā)生和復(fù)活與降雨強(qiáng)度之間存在著顯著的因果關(guān)系，降雨量越大的區(qū)域越是滑坡發(fā)生的高發(fā)區(qū)。

為進(jìn)一步分析降雨量與區(qū)內(nèi)滑坡之間的分布關(guān)系，選取降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)且滑坡災(zāi)害發(fā)育集中的2015年5月31日—6月4日時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖3)。5月31日—6月1日降雨較少，無(wú)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生；6月2日出現(xiàn)大暴雨，局地降雨量達(dá)到247.2 mm,共誘發(fā)20處滑坡；6月3日為暴雨，局地降雨量達(dá)到51.9 mm，共誘發(fā)6處滑坡；6月4日為大雨，降雨量為28.4 mm，誘發(fā)滑坡僅有1處，說明滑坡災(zāi)害集中發(fā)生在出現(xiàn)局地暴雨型降雨的當(dāng)日當(dāng)?shù)?，即?dāng)降雨達(dá)到暴雨以上等級(jí)(降雨量>50 mm)時(shí)滑坡活動(dòng)明顯加強(qiáng)，且常常引起群發(fā)性滑坡。

圖3 局地暴雨型降雨誘發(fā)滑坡災(zāi)害分析圖

4.2 滑坡與降雨類型的關(guān)系

滑坡與降雨類型有密切關(guān)系，對(duì)于降雨誘發(fā)型滑坡來(lái)說，不同的降雨類型對(duì)滑坡的誘發(fā)過程不一樣[5]。根據(jù)中國(guó)氣象局雨量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，降雨量<10 mm/d為小雨，10～25 mm/d為中雨，25～50 mm/d為大雨，50～100 mm/d為暴雨，100～250 mm/d為大暴雨。選取區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生最多的2015—2017年統(tǒng)計(jì)不同降雨類型所觸發(fā)的滑坡數(shù)量(表2)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，26.19%的滑坡是由暴雨誘發(fā)的，57.14%的滑坡是由大暴雨誘發(fā)的，兩者合計(jì)占比達(dá)83.33%。由此可見，當(dāng)降雨量達(dá)到暴雨級(jí)別時(shí)，滑坡會(huì)大量發(fā)生，因此大藥菇山區(qū)滑坡發(fā)生數(shù)量與暴雨有很強(qiáng)的相關(guān)性。

表2 2015—2017年不同降雨類型觸發(fā)滑坡數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)2015—2017年三年內(nèi)5—7月的暴雨天數(shù)和滑坡發(fā)生數(shù)量的關(guān)系(圖4)，發(fā)現(xiàn)暴雨天數(shù)越多的月份發(fā)生滑坡數(shù)量越多，而暴雨集中在每年的6月，正好與滑坡高發(fā)時(shí)間重合，說明6月暴雨頻次高，降雨量大，容易誘發(fā)滑坡。

圖4 2015—2017年5月、6月、7月滑坡數(shù)量與月內(nèi)暴雨天數(shù)分布圖

4.3 滑坡與降雨時(shí)間的關(guān)系

由于不同的地區(qū)地質(zhì)條件不同，滑坡與降雨時(shí)間的相關(guān)關(guān)系各有不同，因此就崇陽(yáng)縣而言，滑坡與降雨天數(shù)的相關(guān)關(guān)系要結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況來(lái)具體分析。本次將區(qū)內(nèi)2015年“6·2”特大暴雨前后15 d內(nèi)調(diào)查的滑坡數(shù)量和降雨量進(jìn)行列表分析(表3)，由于缺乏日降雨詳細(xì)數(shù)據(jù)，降雨量按中國(guó)天氣網(wǎng)提供的崇陽(yáng)歷史降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行概略推算。

表3 降雨量與誘發(fā)滑坡情況統(tǒng)計(jì)表

結(jié)果表明，所統(tǒng)計(jì)的15 d時(shí)間內(nèi)共發(fā)生滑坡27處，全部在降雨當(dāng)天發(fā)生，其中大暴雨當(dāng)天發(fā)生滑坡20處，占比74.08%；暴雨當(dāng)天發(fā)生滑坡6處，占比22.22%；大雨當(dāng)天發(fā)生1處，占比3.70%；小雨和無(wú)雨當(dāng)天均未發(fā)生滑坡。5月26日—6月9日降雨基本連續(xù)發(fā)生，日降雨量達(dá)到大雨以上(日降雨量>25 mm)的有6 d，日雨量達(dá)到暴雨以上(日降雨量>50 mm)的有3 d；對(duì)應(yīng)降雨過程，5月26—28日降雨較弱，日均降雨量<25 mm，無(wú)滑坡發(fā)生；5月31日—6月4日連續(xù)降雨，而6月2日為滑坡高發(fā)時(shí)間段，并未滯后于連續(xù)降雨過程；6月6—9日連續(xù)降雨，且6月7日為大暴雨，但并未發(fā)生滑坡。

由以上分析可知，本區(qū)降雨誘發(fā)滑坡的規(guī)律為：①在強(qiáng)降雨過程中(日降雨量>50 mm)，滑坡具有瞬時(shí)發(fā)災(zāi)的特點(diǎn)；②在降雨強(qiáng)度不大的連續(xù)降雨過程中，滑坡發(fā)生的滯后效應(yīng)不明顯；③在滑坡大規(guī)模發(fā)生以后，即使在連續(xù)降雨甚至短期強(qiáng)降雨條件下，在短期內(nèi)誘發(fā)新的滑坡不甚明顯。

綜上所述，暴雨與滑坡的關(guān)系很密切，區(qū)內(nèi)一兩次暴雨就可以誘發(fā)滑坡發(fā)生，而大暴雨往往誘發(fā)群發(fā)性滑坡；滑坡大規(guī)模發(fā)生后，地質(zhì)環(huán)境條件會(huì)發(fā)生改變而重新孕育滑坡。

5 降雨誘發(fā)滑坡成因分析

崇陽(yáng)縣年降雨量較大，常出現(xiàn)大雨、暴雨,而降雨轉(zhuǎn)化的地下水與巖土體之間發(fā)生相互作用，常常誘發(fā)滑坡的發(fā)生。區(qū)內(nèi)已發(fā)生的58處滑坡均在降雨期間發(fā)生，因此區(qū)內(nèi)滑坡均屬降雨型滑坡。區(qū)內(nèi)降雨時(shí)段集中，暴雨強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間為1天至幾天的暴雨或大暴雨往往破壞了松散土體的臨界狀態(tài)，極易誘發(fā)滑坡甚至群發(fā)性滑坡發(fā)生，而出現(xiàn)這一特征的主要原因是：

(1)區(qū)內(nèi)滑坡地形一般較陡峻，降雨易沿坡面流失，加之滑體厚度較薄且結(jié)構(gòu)松散，一般強(qiáng)度的降雨入滲后易于排泄，當(dāng)降雨補(bǔ)給量小于排泄量時(shí)，滑坡僅出現(xiàn)局部變形，因此降雨強(qiáng)度不大的連續(xù)降雨對(duì)滑坡孕育發(fā)生影響有限；當(dāng)出現(xiàn)高強(qiáng)度降雨(暴雨)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)即可造成地下水補(bǔ)給量大于排泄量，這樣會(huì)在坡體內(nèi)形成穩(wěn)定水位，從而大面積軟化松散土層，同時(shí)產(chǎn)生靜水壓力啟動(dòng)斜坡滑動(dòng)。

(2)區(qū)內(nèi)斜坡覆蓋層厚度較薄(一般<5 m)，而松散土層厚度越薄，可能滑動(dòng)的滑體自重力越小，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)就越高，啟動(dòng)滑坡失穩(wěn)所需降雨量就越大，因此短期強(qiáng)降雨是誘發(fā)區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生的主導(dǎo)因素。

(3)根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)滑坡多與不合理建房、修路切坡等人工活動(dòng)相關(guān)，不合理切坡往往形成高陡臨空面，使坡面裸露、土體松散，加之人工活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)恰恰是地表水集中排泄區(qū)，雨水沖刷坡面、侵蝕坡腳及地表水下滲極易形成滑坡災(zāi)害，因此不合理的人工活動(dòng)是區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生的先決條件。

總體而言，大藥菇山區(qū)滑坡規(guī)模較小，多為小型堆積層滑坡；滑坡地形坡度一般為25°～45°，滑體平均厚度一般<5 m，屬淺層陡傾角滑坡。區(qū)內(nèi)滑坡的滑體物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，易于地表降水的排泄，因此降雨強(qiáng)度不大的連續(xù)降雨造成滑坡變形失穩(wěn)不明顯，而短期強(qiáng)降雨往往誘發(fā)瞬時(shí)、群發(fā)性滑坡且變形劇烈。同時(shí)，區(qū)內(nèi)人工活動(dòng)強(qiáng)烈，不合理的人工活動(dòng)對(duì)地質(zhì)環(huán)境改造較大，近90%的滑坡與其相關(guān)。

綜上所述，強(qiáng)降雨(可變自然因素)和不合理的人類工程活動(dòng)(人為因素)是區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素，其中人類工程活動(dòng)是群發(fā)性滑坡災(zāi)害孕育形成的先決條件，而極端強(qiáng)降雨(暴雨)往往最終導(dǎo)致群發(fā)性滑坡瞬時(shí)成災(zāi)，是滑坡發(fā)生的主導(dǎo)因素。

6 降雨型滑坡成災(zāi)機(jī)理分析

大藥菇山區(qū)滑坡規(guī)模小，滑體松散軟弱、厚度薄且地形陡峻，在強(qiáng)降雨條件下變形劇烈。這類滑坡的運(yùn)動(dòng)破壞特征主要為水的軟化和水壓力推動(dòng)，一旦劇烈滑動(dòng)后，坡體內(nèi)的水得以排出，其坡度變緩又不受其它外力影響，滑坡體很快止動(dòng)。根據(jù)區(qū)內(nèi)降雨型滑坡變形劇烈且變形后出現(xiàn)暫時(shí)休止穩(wěn)定這一特性，按照滑坡的破壞模式、巖土組合類型和變形運(yùn)動(dòng)特征，將降雨型滑坡劃分為塊狀解體滑動(dòng)—降雨型滑坡(照片1)和碎屑流滑—降雨型滑坡(照片2)兩類。這兩種類型的滑坡均具有瞬時(shí)成災(zāi)、群發(fā)的特點(diǎn)[6]。

照片1 坍塌解體破壞(肉拱橋滑坡)

照片2 碎屑流滑型破壞(白鷺沖滑坡)

塊狀解體滑動(dòng)—降雨型滑坡主要以斜坡自前緣向后緣逐級(jí)呈塊狀坍塌解體破壞變形為主[7]。這類滑坡前緣一般存在人工切坡形成的高陡臨空面，在短時(shí)強(qiáng)降雨條件下滑坡前緣臨空面受降水沖刷、流蝕而促發(fā)應(yīng)力釋放，使斜坡前部臨空面沿著剪變帶或巖土接觸面發(fā)生順坡滑移、下挫、座塌等塌滑變形。隨后在滑坡前緣上部產(chǎn)生拉張裂縫，裂縫迅速開裂貫通，在降雨作用下脫離滑體發(fā)生滑移破壞，滑移的滑塊在降雨作用下解體并堆積于坡腳，從而使滑坡前緣先期發(fā)生解體破壞。這一塌滑變形的過程造成斜坡前部改造后退而使臨空面坡高變大，滑坡前緣應(yīng)力進(jìn)一步集中，當(dāng)降雨不斷加強(qiáng)后，滑坡上部裂縫繼續(xù)加深加寬，促使滑坡再次產(chǎn)生塊體滑動(dòng)。如此過程反復(fù)累積發(fā)生，并逐漸擴(kuò)展至滑坡后緣，最終促使滑坡解體下滑。

碎屑流滑—降雨型滑坡主要以滑坡表層土體飽和碎屑流或粘滯流體滑動(dòng)方式變形破壞[8]。這類滑坡因人工切坡一般地形陡傾，坡面植被覆蓋較差且匯水條件較好，在強(qiáng)降雨條件下，一部分雨水在滑坡中后緣垂直入滲至坡體內(nèi)部，當(dāng)入滲補(bǔ)給量大于排泄量時(shí)會(huì)在坡體內(nèi)形成穩(wěn)定水位，長(zhǎng)時(shí)間、大面積軟化松散土層。另一方面，雨水產(chǎn)生的高速?gòu)搅鳑_刷剝蝕坡體地表，同時(shí)水流入滲由淺及深侵蝕坡體，破壞坡體結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)坡體的儲(chǔ)水、導(dǎo)水能力[9]。當(dāng)降雨強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)時(shí)，降雨入滲使土體迅速飽和，在滑坡表層一定深度形成暫態(tài)飽和區(qū)；而高強(qiáng)度的降雨和滑坡前緣土體的低孔隙度致使滑坡體排水條件受到限制，此時(shí)若土體因重力或其它外界作用擾動(dòng)產(chǎn)生較大的應(yīng)變，將使得土體激發(fā)較大的超靜孔隙水壓力，進(jìn)而產(chǎn)生流滑型破壞。

7 結(jié)論與建議

(1)區(qū)內(nèi)滑坡變形活動(dòng)受降雨控制作用明顯，滑坡的發(fā)生、復(fù)活及大量群發(fā)與短期降雨強(qiáng)度之間存在著顯著的因果關(guān)系，降雨量越大的區(qū)域是滑坡發(fā)生的高發(fā)區(qū)。

(2)區(qū)內(nèi)滑坡往往集中發(fā)生在出現(xiàn)局地暴雨的當(dāng)日當(dāng)?shù)?，?dāng)降雨達(dá)到暴雨以上等級(jí)(即日降雨量>50 mm)時(shí)滑坡活動(dòng)明顯加強(qiáng)，且常常引起群發(fā)性滑坡；但局部暴雨型降雨預(yù)報(bào)難度大，建議加大普適型自動(dòng)化雨量站建設(shè)力度，進(jìn)行精細(xì)化氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，從而有效提升地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)能力。

(3)降雨是崇陽(yáng)縣大藥菇山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要誘發(fā)因素，而不合理的人工活動(dòng)是區(qū)內(nèi)滑坡發(fā)生的先決條件，因此在做好區(qū)內(nèi)氣象預(yù)警預(yù)報(bào)的同時(shí)，要正確處理人類工程活動(dòng)，合理規(guī)劃工程建設(shè)，盡可能地減少對(duì)地質(zhì)環(huán)境的破壞，從而有效地減輕并防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

(4)由于滑坡規(guī)模小，滑體松散軟弱、厚度薄且地形陡峻，在強(qiáng)降雨條件下，滑坡運(yùn)動(dòng)破壞特征以土體塊狀解體滑動(dòng)和碎屑流滑動(dòng)為主，其規(guī)模雖小，但變形劇烈且具有突發(fā)性特征，一旦失穩(wěn)滑動(dòng)往往危害嚴(yán)重。