湖南湘西紅層分布地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)因素及特征研究

張海鋒　劉明超

摘要：湖南省地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)，災(zāi)害類型較多，因地質(zhì)災(zāi)害造成重大的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡以及嚴(yán)重的環(huán)境、社會(huì)問(wèn)題，湖南湘西紅層分布地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害尤為嚴(yán)重，紅層分布地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理十分復(fù)雜?；诖?，本文通過(guò)收集、分析該區(qū)域滑坡致災(zāi)因素的特征及關(guān)聯(lián)性，旨在為湖南湘西紅層分布地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的防治與氣象預(yù)警提供參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害；滑坡；致災(zāi)因素

湖南湘西紅層（紅色陸相沉積為主的碎屑沉積巖層，巖性以砂巖、泥巖、粉砂巖為主）分布較大的區(qū)域主要集中在瀘溪縣、鳳凰縣、吉首市三個(gè)地區(qū)。由于紅層其形成條件的獨(dú)特性，千百萬(wàn)年演化形成的地貌特征、構(gòu)造特征以及巖土體成分組成導(dǎo)致的成災(zāi)機(jī)理較復(fù)雜。該類型巖土體邊坡在暴雨、人工切坡等條件下極易產(chǎn)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，通過(guò)收集和分析該地區(qū)現(xiàn)存的滑坡資料，可以初步得到湖南湘西紅層分布地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素及特征。

一、紅層分布地區(qū)土質(zhì)滑坡分析

總體上，湖南湘西紅層分布地區(qū)巖體表層風(fēng)化較為嚴(yán)重，風(fēng)化形成的殘坡積土、全風(fēng)化層覆蓋層厚度達(dá)20～30m，殘破積土主要以粉質(zhì)黏土為主，且大多數(shù)具有密度低、壓縮性低、透水性強(qiáng)等特性，整體表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度低、遇水崩解性強(qiáng)、水穩(wěn)定性差。紅層殘坡積土天然狀態(tài)下具有一定的抗剪強(qiáng)度，但受強(qiáng)降雨的影響，抗剪強(qiáng)度會(huì)迅速降低，引發(fā)土質(zhì)滑坡。

統(tǒng)計(jì)分析收集的歷年來(lái)湘西紅層分布地區(qū)包括瀘溪縣洗溪鎮(zhèn)洞底坪滑坡、鳳凰碧桂園滑坡、吉首丹青中學(xué)滑坡等72個(gè)土質(zhì)滑坡從邊坡地表坡度、土層厚度、邊坡前緣切坡高度三個(gè)常規(guī)致災(zāi)因素。

邊坡發(fā)生滑坡時(shí)，主要集中在地表坡度30～45°之間的邊坡，占比約為62.2%，邊坡地表坡度與滑坡個(gè)數(shù)如圖1所示。主要原因有：第一，紅層風(fēng)化形成的殘破積土抗剪強(qiáng)度低，難以形成高陡土質(zhì)邊坡，因此該區(qū)域高陡土質(zhì)邊坡樣本相對(duì)較少，邊坡地表坡度主要集中在0～60°。第二，受降雨影響，地表水在30～45°坡體間沖刷流速、滲透時(shí)間最易達(dá)到邊坡滑動(dòng)的臨界狀態(tài)，引發(fā)邊坡滑動(dòng)。翻閱邊坡地表坡度在0～15°間的2個(gè)土質(zhì)滑坡報(bào)告，發(fā)現(xiàn)全部為淺層的巖土交界面平面滑坡，非沿著土體內(nèi)部形成的滑坡。故紅層地區(qū)殘破積土邊坡坡度在30～60°時(shí)更易產(chǎn)生土體內(nèi)部滑動(dòng)。同時(shí)，在0～60°坡度范圍內(nèi)，滑坡發(fā)生的個(gè)數(shù)與坡度呈正相關(guān)，表明滑坡受邊坡坡度的影響較大。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)生滑坡的72個(gè)土質(zhì)邊坡中有68個(gè)前緣有被人工開(kāi)挖切坡，甚至部分還有擋墻支護(hù)，切坡度多在45～90°之間。由圖2可知，隨著切坡高度的增加，滑坡發(fā)生的個(gè)數(shù)也會(huì)增加，原因是切坡改變了原始坡體的應(yīng)力平衡，在邊坡前緣坡度相差不大的前提下，邊坡越高，穩(wěn)定性越差。統(tǒng)計(jì)表明，邊坡切坡高度在一些特定條件下與滑坡形成具有一定的相關(guān)性。

通過(guò)對(duì)72個(gè)滑坡邊坡土層厚度分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生滑坡的邊坡厚度主要集中在厚度為10～20m之間，邊坡土層厚度與滑坡個(gè)數(shù)如圖3所示，主要原因有：第一，區(qū)域內(nèi)該類型土質(zhì)邊坡樣本相對(duì)較多。第二，厚度的邊坡體風(fēng)化侵蝕程度嚴(yán)重、殘坡積土具有疏松的微觀結(jié)構(gòu)，易在雨水條件下崩解，抗剪強(qiáng)度急劇降低引發(fā)滑坡。本文由于收集的樣本不夠，很難找出邊坡土質(zhì)厚度與滑坡發(fā)生之間的關(guān)聯(lián)性，表明單一的土層厚度因素與滑坡成災(zāi)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。

二、紅層分布地區(qū)巖質(zhì)滑坡分析

湘西紅層巖體多為砂巖、泥巖、粉砂巖或其相間，一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)狀較為平緩，但受地質(zhì)構(gòu)造影響也存在部分產(chǎn)狀較陡的邊坡，巖體多呈現(xiàn)薄層狀且多孔疏松，同時(shí)易破碎，巖層間剪切帶發(fā)育，砂、泥巖互層，成巖作用較差，有的呈半膠結(jié)狀，強(qiáng)度較低，巖石具有較強(qiáng)的親水性以及流變性，遇水易膨脹崩解、泥化、軟化?？傮w上，屬軟巖類，且大部分存在軟硬巖層面相間。雨水可以快速通過(guò)層間裂隙、節(jié)理滲透進(jìn)巖體內(nèi)，形成軟弱泥化夾層，層間的抗剪強(qiáng)度迅速降低，形成巖質(zhì)滑坡。

統(tǒng)計(jì)分析收集的歷年來(lái)湘西紅層分布地區(qū)包括鳳凰領(lǐng)創(chuàng)滑坡、吉首太平村滑坡、瀘溪城南安置房滑坡等102個(gè)巖體滑坡從邊坡巖層走向、順向產(chǎn)狀坡度、切坡高度三個(gè)常規(guī)致災(zāi)因素。

巖層傾向與坡向夾角與滑坡個(gè)數(shù)如圖4所示，邊坡巖體產(chǎn)狀傾角與坡向?yàn)?～30°的邊坡，發(fā)生滑坡數(shù)量占50%，巖質(zhì)滑坡以順向坡滑動(dòng)為主，總體上邊坡滑動(dòng)個(gè)數(shù)從順向坡→切向坡→橫向坡→逆向坡逐漸減少。原因是紅層巖體層狀明顯，產(chǎn)狀構(gòu)造清晰，軟弱泥化夾層層層相間。順向邊坡坡體很容易在切坡、暴雨等影響下沿著軟弱層面、產(chǎn)狀面滑動(dòng)，而隨著巖層傾向與坡向夾角不能增大，變成斜交、逆交坡坡，邊坡滑動(dòng)的主要控制因素變成了節(jié)理構(gòu)造控制，只有多組節(jié)理或斷層等綜合作用下才能形成巖體滑坡。所以根據(jù)圖4可知，滑坡發(fā)生個(gè)數(shù)與邊坡巖層傾向同坡向夾角呈負(fù)相關(guān)。

順向滑坡巖體產(chǎn)狀傾角與滑坡個(gè)數(shù)如圖5所示，順向邊坡（順向滑坡巖體產(chǎn)狀傾角與坡向?yàn)?～30°）總數(shù)為51個(gè)，其中，發(fā)生滑坡的邊坡產(chǎn)狀傾角主要集中在30～60°之間為35個(gè)，占68.6%，而產(chǎn)狀傾角較緩或較陡的邊坡發(fā)生滑坡的數(shù)量較少，原因是產(chǎn)狀平緩的邊坡總體數(shù)量雖然很多，但巖層產(chǎn)狀平緩會(huì)大大降低邊坡失穩(wěn)的可能性，發(fā)生滑坡的次數(shù)較少，又由于紅層獨(dú)特的形成條件，產(chǎn)狀較陡的巖質(zhì)邊坡很難形成，導(dǎo)致收集此類型邊坡的樣本太少，是產(chǎn)狀較陡邊坡產(chǎn)生滑坡數(shù)量少的主要原因。但總體上，在一定的邊界條件范圍內(nèi)，順向滑坡巖體產(chǎn)狀傾角與滑坡個(gè)數(shù)存在一定關(guān)聯(lián)，如果樣本充足，順向滑坡巖體產(chǎn)狀傾角與滑坡個(gè)數(shù)將呈正相關(guān)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)生滑坡的102個(gè)巖質(zhì)邊坡中有89個(gè)前緣有被人工開(kāi)挖切坡，切坡度在75～90°之間。順向滑坡巖體產(chǎn)狀傾角與滑坡個(gè)數(shù)如圖6所示，切坡高度與發(fā)生滑坡的個(gè)數(shù)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，證明單一切坡高度與的巖質(zhì)邊坡滑動(dòng)關(guān)系不大。因此，要綜合考慮其他影響因素或在特定條件下與滑坡形成具有的相關(guān)性。

三、降雨量對(duì)紅層分布地區(qū)滑坡影響分析

降雨是滑坡產(chǎn)生最重要的因素之一，湘西紅層分布地區(qū)發(fā)生滑坡95%以上都在雨天。尤其邊坡受強(qiáng)降雨的影響，大氣降水滲入土層內(nèi)部或巖體軟弱夾層中，會(huì)增加巖土體重，同時(shí)降低巖土體、軟弱結(jié)構(gòu)面的物理力學(xué)強(qiáng)度，最終使邊坡產(chǎn)生沿土體內(nèi)部或軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)，形成滑坡。

24h累計(jì)降雨量與滑坡累計(jì)發(fā)育個(gè)數(shù)如圖7所示，24h累計(jì)降雨量與滑坡災(zāi)害累計(jì)個(gè)數(shù)大體上呈正相關(guān)性，24h降雨量可根據(jù)降雨量分成多個(gè)等級(jí)，當(dāng)24h累計(jì)降雨量達(dá)到75mm左右（暴雨區(qū)間）時(shí)滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)災(zāi)個(gè)數(shù)明顯增加，其中，在24h累計(jì)降雨量75～180mm（暴到大暴雨區(qū)間）段時(shí)發(fā)災(zāi)數(shù)量集中，此時(shí)，天然狀態(tài)下穩(wěn)定性相對(duì)較好的邊坡在雨水作用下陸續(xù)發(fā)生發(fā)育成滑坡；在湘西大部分地區(qū)24h累計(jì)降雨量達(dá)到220mm以上的降雨情況相對(duì)較少，故該紅層分布區(qū)域收集的樣本相對(duì)較少，但在穩(wěn)定性較好的部分斜交、逆交巖質(zhì)邊坡也可能發(fā)生滑動(dòng)，形成滑坡。

過(guò)程降雨量與滑坡累計(jì)發(fā)育個(gè)數(shù)如圖8所示，統(tǒng)計(jì)曲線大致分為三個(gè)階段，對(duì)應(yīng)三個(gè)降雨量值。過(guò)程降雨量小于75mm階段，滑坡發(fā)災(zāi)數(shù)量隨降雨量增加而增加的趨勢(shì)平緩，主要是一些穩(wěn)定性很差的邊坡點(diǎn)發(fā)育成滑坡；在75～150mm階段，邊坡發(fā)育成滑坡數(shù)量隨降雨量增加的趨勢(shì)加快；在150～275mm階段，邊坡發(fā)育成滑坡數(shù)量隨降雨量快速提升，一些穩(wěn)定性較好的邊坡也發(fā)育形成滑坡；大于275mm 后，邊坡發(fā)育成滑坡數(shù)量隨降雨量增加而又趨于平緩，主要是穩(wěn)定好的邊坡在持續(xù)雨水作用下陸續(xù)發(fā)育成滑坡。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要研究湖南湘西紅層分布地區(qū)土質(zhì)滑坡、巖質(zhì)滑坡成災(zāi)因素與該地區(qū)滑坡發(fā)育數(shù)量的關(guān)系特征，同時(shí)研究在不同降雨頻率條件下滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的特點(diǎn)，對(duì)該地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)警以及治理而言具有重要意義，可以為具有類似特征的其他紅層分布地區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害研究提供參考。

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