舟曲縣滑坡危險區(qū)劃分及典型滑坡危險性研究

安亞鵬，張 芮，張國信，劉興榮，劉 迪，高江平

(1.甘肅農業(yè)大學水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730070;2.甘肅省科學院地質自然災害防治研究所，甘肅 蘭州 730000)

中國地質環(huán)境脆弱、地理條件復雜，是地質災害多發(fā)的國家之一。滑坡災害作為主要的地質災害之一，是具有突發(fā)性強、分布范圍廣、發(fā)生頻率高且具有一定的隱蔽性等特點的自然災害[1]。其在山區(qū)廣泛發(fā)育，嚴重威脅著人們的生命財產安全，倍受社會各界的關注[2- 3]。因此，科學準確地對各類邊坡進行危險性評價，對于山區(qū)的建設規(guī)劃以及滑坡的防治具有重要的指導意義。

舟曲縣是我國地質災害非常發(fā)育的地區(qū)，地形復雜且高差懸殊，為典型的高山峽谷地貌[4]。受自然因素(降水和地震)與人為因素(工程建設等)的影響，地質災害頻發(fā)。因此，眾多學者展開了研究[5- 8]。有學者就滑坡的機理進行了分析，指出重力作用、巖層的斷裂、大氣降水以及河流的側蝕是影響滑坡發(fā)生的主要因素[5- 6，8]。也有研究表明，除了巖層的斷裂和大氣降水，地下水與兩側崩滑體的堆積加載也是影響滑坡的因素[9]。此外，針對滑坡的風險評價，有學者對不同情景下的滑坡風險系數(shù)進行計算，對某一特定滑坡的風險性展開評價[7]。因此，充分認識滑坡災害規(guī)律，進行滑坡危險性評價，對舟曲的環(huán)境建設、地質災害防治等都將發(fā)揮著重要的作用[10- 12]。然而，對于整個舟曲縣城區(qū)滑坡風險性評價仍然較少，亟待進一步研究。

滑坡危險性分析是一項極具現(xiàn)實意義的問題，其方法有依據主觀經驗對滑坡變形失穩(wěn)危險性進行描述的定性評價方法和對滑坡失穩(wěn)可能性進行估計的定量評價方法[13- 14]。本文依據區(qū)域內滑坡災害的調查，利用定性分析結合數(shù)值計算對舟曲縣城的滑坡進行危險性評價，以期為舟曲滑坡災害防治和縣城的建設提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

舟曲縣位于甘肅省東南部，屬于高原亞溫暖帶亞濕潤氣候區(qū)，降雨充沛且暴雨天氣較多；白龍江及支流縱貫全區(qū)，河谷地貌呈密集樹枝狀，河谷陡峻，侵蝕切割強烈；地質構造極為復雜，褶皺及斷層發(fā)育，各界地層均有出露，且遭受風化程度不等；過渡砍伐森林及頻繁工程建設等人類活動影響日益加劇，使舟曲成為孕育滑坡和泥石流的溫床。曾被譽為“藏鄉(xiāng)江南、泉城舟曲”的美麗之地，如今正經歷著前所未有的考驗。白龍江中上游，西秦嶺、岷山山脈呈NW-SE向貫穿全境，地勢西北高、東南低。區(qū)域大地構造上屬西秦嶺褶皺系的西秦嶺南部印支冒地槽褶皺帶和松潘-甘孜褶皺系的摩天嶺臺隆，是兩大構造單元的接壤部位，主要構造線呈NWW向，縣城區(qū)域內褶皺和斷層發(fā)育。

區(qū)域內發(fā)育的褶皺主要是白龍江復式背斜，該背斜呈NWW-SEE橫貫全區(qū)，軸面傾向NE，兩翼傾角較陡，核部為下志留統(tǒng)地層，兩翼依次為中、上志留統(tǒng)、泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系地層。影響區(qū)域的主要活動斷裂有：北側的臨潭-宕昌斷裂系、中部的光蓋山-迭山斷裂系和南側的迭部-白龍江斷裂系，大體沿NWW向展布，表現(xiàn)為區(qū)域性大規(guī)模的斷裂帶，控制了區(qū)域內地質構造發(fā)展與演化的歷史，在第四紀時期表現(xiàn)出了不同程度的新活動性。斷裂通過處錯斷山脊、水系和階地，形成清晰的線狀斷層和斷層三角面[15- 19]。

舟曲縣的地貌形態(tài)主要受構造和巖性的制約，峽谷和寬谷相間出現(xiàn)，高邊坡巖體山、碎塊石滑坡和崩塌、廣泛發(fā)育的沖溝和一系列的洪積扇構成了舟曲縣最基本的地形地貌單元。

1.2 滑坡穩(wěn)定性的計算

極限平衡法視邊坡巖土體為剛體，在不考慮土體本身的應力應變關系的基礎上，將有滑動趨勢范圍內的邊坡土體劃分為不同大小的塊體，基于塊體平衡條件，建立整個邊坡平衡方程[20]，進而得到整個邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，以確定邊坡的穩(wěn)定性。

對于滑坡的穩(wěn)定性計算，本文采用GeoStudio軟件中的Slope/W模塊進行計算，在Slope/W模塊中，利用極限平衡法原理，分別采用Bishop、Janbu和Morgenstern-Price方法，對舟曲縣典型滑坡的穩(wěn)定性進行計算分析。

2 結果與討論

2.1 舟曲縣城典型滑坡分析

受到斷裂帶的控制，新生代以來山地上升，地震作用強烈，地形復雜，巖石風化破碎強烈以及充沛的降雨和廣泛的人類工程活動，導致該區(qū)域成為滑坡非常發(fā)育的地區(qū)。區(qū)域內發(fā)育的滑坡主要有碎塊石滑坡、堆積層滑坡和黃土滑坡[16]。

其中鎖兒頭滑坡為區(qū)內典型的碎塊石滑坡，如圖1所示，位于舟曲縣城西側，白龍江左岸。呈長條形，縱向展布NW310°左右，與舟曲斷裂方向一致?；潞缶壓０?000m左右，前緣海拔1200m左右，位于河水面以下，長約3500m，前緣寬約800m，滑坡體厚約80～160m，滑體地形呈陡緩相間的階梯狀，宏觀坡度15°～30°。

圖1 鎖兒頭滑坡

滑坡發(fā)育在石炭系的炭質千枚巖、薄層灰?guī)r中?；w組成物為塊碎石土夾灰?guī)r大孤石，上段地帶大孤石直徑較大，一般約1m，塊碎石土由灰黑色炭質千枚巖、板巖組成?；孪露蝹缺聿繛?～8m厚的淡黃色粉土夾碎石，上部覆蓋厚度不等的粘土類種植土。

滑坡體兩側及中間發(fā)育4條沖溝，切割深度較深，白龍江和寨子溝控制著滑坡前緣的形態(tài)，大小不一的沖溝使得滑坡體的變形并不均勻，將其分成不同的小滑坡。尤為明顯的是滑坡體前緣，由于前緣的應力釋放，產生了不規(guī)則的坍塌。長期的人類活動，不斷增多的建筑，表層碎裂巖石的強風化，都在促進著滑坡的進程，該滑坡仍處于間歇性蠕滑變形階段[13]。

區(qū)域內典型的堆積層滑坡為南橋村滑坡，如圖2所示，位于白龍江右岸一古滑坡形成的山凹內，是由古滑坡和斷層等破碎堆積體產生的滑坡?；麦w主要為鈣質片巖、灰?guī)r碎塊、千枚巖碎片以及斷層泥等組成，表層坡面較破碎，分布厚度不等的黃土類種植土，宏觀坡度為25°～30°。

圖2 南橋村滑坡

整體上呈圈椅狀，縱向長約700m，舌部寬約600m，滑坡后緣海拔1598m，前緣海拔1340m，中間出露的巖體將滑坡體一分為二，自然沖溝將滑體再將其劃分為4部分，形成了相對獨立的4個滑坡。東部的2個滑坡變形跡象明顯，上部位移量大，中部存在較密的拉張裂縫，下部出現(xiàn)膨脹裂縫并在舌部形成明顯的剪出口，處于滑前的能量聚集階段。西部的2個滑坡已經處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)，并直接威脅著滑舌前部的安危[14]。

滑坡受坪定-化馬斷裂和舟曲斷裂的控制，而且堆積體軟硬相間，長期水的作用都會使滑帶的泥化程度增加、抗剪強度減小，逐漸使其穩(wěn)定性降低。同時側溝沖刷及坡腳切割，破壞其穩(wěn)定的力學條件，加速了滑坡復活的進程。

瓦廠村滑坡為區(qū)域內典型的黃土滑坡，如圖3所示，位于白龍江左岸，瓦廠村東北部。整體為圓弧形，縱向展布呈NE50°，滑坡后緣海拔1560m左右，前緣到達白龍江畔，海拔1320m左右，寬約1500m，層厚約40～120m，宏觀坡度為15°～25°。

圖3 瓦廠村滑坡

滑體主要由河流沖積層、灰?guī)r碎塊及黃土等組成，表層的黃土類種植土厚度較深，但是分布不均勻，坡面較破碎，大部分較緩處已開成耕地。

滑坡體表層發(fā)育沖溝眾多，分布不規(guī)則，將整個大滑坡切割成眾多小滑坡，其中滑坡前緣附近的變形明顯，表層黃土狀覆蓋較厚，松散，長期的降雨導致各段滑體的穩(wěn)定性不斷降低；長期的人工開挖修路建筑，側溝沖刷及坡腳切割，引起相應各段滑體的鏈鎖性復活。該滑坡處于滑前的能量聚集階段，再次發(fā)生滑坡的可能性較大。

2.2 滑坡災害影響因素分析

根據對舟曲縣城區(qū)域內滑坡災害的野外調查，結合資料分析，初步顯示舟曲縣城區(qū)域內滑坡災害的影響因素主要包括：構造與地貌、地層巖性、地震作用、斜坡結構、水的作用以及人類工程活動[2，16]。

(1)構造與地貌

舟曲縣城區(qū)域地質構造上位于秦嶺褶皺系——西秦嶺南部印支褶皺帶，構造活動非常頻繁，并且呈現(xiàn)多期活動的特征。地勢西北高，東南低，高中山深切割強烈，為高山峽谷地貌。斷層、褶皺形成各種規(guī)模不等的構造面，為滑坡發(fā)育提供了良好的條件?？h城附近發(fā)育3條斷裂，分別是縣城北側全新世活動的光蓋山-迭山南緣斷裂；中部的晚更新世早期末活動的舟曲斷裂；南西側全新世活動的坪定-化馬斷裂。區(qū)域內還發(fā)育一個大的褶皺——白龍江復式背斜，該背斜呈NWW-SEE橫貫全區(qū)。受斷裂和褶皺的控制，疊加白龍江的深切河谷地貌，舟曲縣城境內白龍江流域的滑坡災害呈群帶式發(fā)生。

(2)地層巖性

地層巖性不僅制約著舟曲縣城的地貌形態(tài)，同樣也影響著滑坡形成的程度和規(guī)模。舟曲縣城區(qū)域內易發(fā)生滑坡的巖層主要有炭質板巖、灰?guī)r、鈣質片巖、千枚巖等，巖體軟硬相間，裂隙、節(jié)理發(fā)育，易于風化侵蝕，在外動力作用下易形成堆積層滑坡。

(3)地震作用

舟曲縣城新構造運動十分活躍，主要涉及龍門山地震帶和巴顏喀拉山地震帶，地震活動強烈。區(qū)內多次記錄到中強地震，其中七級以上8次，強震活動主要成條帶狀分布，與主要的活動斷裂分布密切相關。地震活動直接導致斜坡體松動，改變其結構性，破壞坡體穩(wěn)定的力學條件，加速滑坡的復活。

(4)斜坡結構

斜坡的結構對滑坡發(fā)生的程度影響較大，斜坡的結構包括坡形、坡高和坡角。舟曲縣城區(qū)域內坡形復雜，斜坡普遍高差大、坡角高。尤其是一些較大的堆積體，因局部浸蝕及剝蝕，使得坡度增大，增加了局部崩塌的可能性。

(5)水的作用

水的作用包括地下水和地表水作用。舟曲降雨量充沛，夏季暴雨頻繁，區(qū)域內大多數(shù)滑坡與暴雨相伴而生。溝谷狹窄，沖溝發(fā)育，地形破碎，常年的地表水和降雨不斷沖刷坡體、切割坡腳，將逐漸導致坡體失穩(wěn)。地下水直接影響坡體的荷載，同時也影響著坡體巖土的力學強度，會使滑帶泥化程度變高，抗剪強度變小，導致斜坡表層的坡積物發(fā)生蠕滑以及拉裂，發(fā)生滑坡。

(6)人類工程活動

坡地的開墾及人工開挖修路建筑，嚴重影響了坡體的穩(wěn)定性，會誘發(fā)滑坡的發(fā)生。舟曲縣城附近山體多為板巖、泥巖等軟巖，易破碎，風化程度也高，長期的大興土木，使環(huán)境受到嚴重的破壞，為舟曲發(fā)生滑坡和泥石流提供了條件。

2.3 滑坡危險性劃分

從地質構造、地形地貌、巖性和切割密度、降雨、地震作用、侵蝕強度和人類活動、滑坡分布密度、規(guī)模、發(fā)生時代和受災影響程度等因素，對舟曲縣城區(qū)域內邊坡分析，將滑坡危險性劃分為高、中、低和基本穩(wěn)定4個等級，見表1，并進行滑坡危險性區(qū)劃，如圖4所示[17- 18]。

表1 滑坡危險性等級分級標準

圖4 舟曲縣城區(qū)域內滑坡災害危險性區(qū)劃圖

根據圖4可知，在舟曲縣城區(qū)域內，滑坡危險性普遍較高。其中：

(1)高危險區(qū)(Ⅳ)分布面積相對較少，主要在鎖兒頭村和寨子村、江盤鄉(xiāng)和南橋村的白龍江沿岸部分。鎖兒頭滑坡處于間歇性蠕滑變形階段，鎖兒頭和寨子村位于該滑坡的前緣，受到白龍江和寨子溝的沖刷，不穩(wěn)定結構體會產生崩塌破壞，在地震、重力和地下水作用下，該堆積體沿基巖面向白龍江發(fā)生滑移變形，因此，滑坡的蠕滑變形對居民區(qū)和公路具有潛在的危害。而江盤鄉(xiāng)和南橋村2處滑坡表層碎裂巖石的強風化，傾斜角度較大的陡坡，變形跡象明顯，多處位移量已達數(shù)米，拉張裂縫密布，呈多次滑動，并且每年都在活動，其中有近期的滑動已經錯斷公路，掩埋少數(shù)房屋，使前緣產生部分崩塌。但是江盤鄉(xiāng)的人們毅然在此大興土木，勢必已經直接威脅著這里的安危。

(2)中危險區(qū)(Ⅲ)分布廣泛，并且滑坡特征因地形地貌、巖土條件等，可以進一步分為以下3個亞區(qū)：(Ⅲ- 1)分布在河南村及以西部分、鎖兒頭北部、南橋村和江盤鄉(xiāng)的南部、瓦廠村東北部、嘴疙瘩等地區(qū)，主要為老滑坡以及大型滑坡的后緣，這些地區(qū)大部分地勢較陡，巖石碎屑堆積較多，且強度較低，在地震和水的作用下，經常會發(fā)生一些不同規(guī)模的滑坡，也會造成局部的損失，因此潛在危害很大。(Ⅲ- 2)分布在城關鎮(zhèn)北側、三眼峪西側、寨子溝以及西街村北等區(qū)域，為一系列沖溝和人工活動作用較強的地區(qū)，如寨子溝以及西街村北，受到寨子溝長期的沖刷，土質邊坡經常崩塌，在一般地震作用下也會觸發(fā)邊坡的破壞。而這些地區(qū)人口居住密集，潛在危險比較嚴重。(Ⅲ- 3)分布在隍廟山、羅家峪南側以及白龍江左岸公路旁，這些區(qū)域地形陡峭，巖土松散、風化嚴重，存在產生新滑坡的趨勢，在地震和水的作用下，會使邊坡失穩(wěn)，損壞建筑，掩埋公路等。

(3)低危險區(qū)(Ⅱ)主要分布在城關鎮(zhèn)北、瓦廠村東北、三眼峪左岸、羅家峪村西等區(qū)域，是一些地形較平坦的階地、高差較小的中低山，山體表面存在一定的風化，但整體較完整，在外界因素誘發(fā)下會產生一定的滑坡，或者滑坡區(qū)域較小、或者滑坡影響較小，對該區(qū)域潛在的威脅不大。

(4)基本穩(wěn)定區(qū)(Ⅰ)分布在北山和家曲山的高階地之上，高差相對較小，河流沖刷和人工活動較少，邊坡穩(wěn)定，滑坡發(fā)生的可能性不大，暴雨季節(jié)有可能發(fā)生少量的泥石流。總體該區(qū)域滑坡災害的潛在危險較小。

2.4 典型滑坡穩(wěn)定性評價

依據舟曲縣城的自然格局，地質地貌特征以及滑坡災害分布特征，選取該區(qū)域內幾類典型的邊坡，根據鉆孔資料和實測剖面建立模型，利用GeoStudio進行邊坡穩(wěn)定性分析。分別計算河南村西、瓦廠村東、寨子村北以及南橋村西4條邊坡剖面，如圖5—8所示，在靜力狀態(tài)和地震基本設計加速度a分別為0.15、0.2、0.3狀態(tài)下的安全系數(shù)，見表2。

圖5 河南村西

圖6 瓦廠村東

圖7 寨子村北

圖8 南橋村西

通過計算分析，地震對舟曲縣城區(qū)域內的滑坡危險性影響非常大，一般對安全系數(shù)的影響在0.6～0.8之間，在遭遇8度以上的地震時，該區(qū)域內大部分邊坡會發(fā)生局部的失穩(wěn)，因此，需要對這些邊坡按一定的抗震設防要求采取處理。

3 主要結論

(1)舟曲縣城區(qū)域地質活動非常強烈，地形復雜，導致該區(qū)域滑坡非常發(fā)育，主要有碎塊石滑坡、堆積層滑坡和黃土滑坡。大中型滑坡較多，滑坡災害危險性較強。影響該區(qū)域內滑坡災害的主要因素有：構造與地貌、地層巖性、斜坡結構、水的作用以及人類工程活動等因素。根據野外調查，分析典型滑坡，結合影響因素和分布特征，將舟曲縣城區(qū)域滑坡危險性劃分為高、中、低和基本穩(wěn)定4個等級，且高危險區(qū)分布面積相對較少，中危險區(qū)分布廣泛，低危險區(qū)主要分布在城關鎮(zhèn)北、瓦廠村東北、三眼峪左岸、羅家峪村西等區(qū)域。

(2)地震和水的作用對滑坡危險性影響尤為突出。本文對于滑坡穩(wěn)定性的計算只考慮了地震作用，雖然在地震作用下能夠穩(wěn)定的邊坡，在水的長期作用下，或許會使其穩(wěn)定性逐漸降低，最終可能會導致失穩(wěn)。故對于舟曲縣城區(qū)域內的邊坡治理任務艱巨，還須采取及時排除地表水或地下水、削坡減重、修筑支擋工程等多種有效的措施來綜合治理。

表2 穩(wěn)定性計算結果