馬鞍山市花山區(qū)斜坡結構類型分布規(guī)律初步研究

［摘要］花山區(qū)隸屬安徽省馬鞍山市，西臨長江，東接南京市江寧區(qū)，處在南京都市核心圈層?；ㄉ絽^(qū)地質環(huán)境較為復雜，地形起伏較顯著，沉積巖斜坡廣泛分布，巖土體結構類型較復雜；斜坡分為土質、巖質兩大類，巖質斜坡進一步劃分為順向坡、斜向坡、橫向坡、逆向坡?；ㄉ絽^(qū)陡崖、陡坡等微地貌形態(tài)多樣，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，人類工程活動活躍，崩塌地質災害發(fā)育，斜坡結構特征對崩塌地質災害具有控制作用。崩塌地質災害多發(fā)生在10～25°的范圍內，地質災害多發(fā)生坡高30～70 m范圍內，坡體的中下部位，以順向坡、橫向坡崩塌災害為主。

［關鍵詞］花山區(qū)；分布規(guī)律；初步研究；斜坡結構；

地質災害的產生是地質作用的結果[1]，是地球內外動力耦合作用的結果[2]。由內生動力產生的巖土體覆蓋于地表淺部，受風化、剝蝕、搬運、沉積、固結、人類工程活動等外動力影響，發(fā)生形態(tài)與結構改變，引發(fā)地質災害。地質災害具有地質演化過程的動態(tài)性、長期性、隱蔽性和不確定性，形成機理與演化機制復雜[3]。崩塌是一種突發(fā)性的地質災害，雖然規(guī)模不大，但破壞性強，常給人民的生命財產造成重大的損失[4]。

2021年11月～2023年6月，花山區(qū)按斜坡單元開展地質災害風險調查評價，共發(fā)現(xiàn)13處崩塌地質災害，均為巖質崩塌。崩塌地質災害的產生與研究區(qū)地形起伏較顯著，巖土體結構類型較復雜，巖體節(jié)理較裂隙發(fā)育，人類工程活動較活躍等斜坡結構因素有關。坡體結構由于所處環(huán)境的影響，所以坡體結構既具有所在地巖土體一般的特性，同時由于受淺表層改造的影響，也具有改造影響后的工程地質特征[5]，因此梳理研究斜坡結構類型分布規(guī)律對花山區(qū)的崩塌地質災害防治有著重要的現(xiàn)實意義。

1 崩塌孕災條件

1.1 氣象與水文

花山區(qū)屬北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，氣候溫和，雨量適中，光照充分，無霜期長；季風氣候顯著，四季分明?；ㄉ絽^(qū)歷史上曾多次遭受臺風影響，其常常伴隨強降雨，不利于邊坡穩(wěn)定。歷年影響花山區(qū)的臺風最早出現(xiàn)在6 月份，最遲出現(xiàn)在9 月底。區(qū)域內一年中約有6 個月可能受到臺風環(huán)流影響。多年平均降雨量1041 mm（20 mm 蒸發(fā)皿），日最大降雨量為256.5 mm（1962 年7 月6 日），降雨主要集中在5～8 月，占年降雨量60%以上?；ㄉ絽^(qū)于每年6月中旬中期前后入梅，7月中旬前期出梅，常年梅雨量263 mm，占全年降水量的25%，期間氣候特點表現(xiàn)為降水集中、雨量大、暴雨頻繁。年際間梅雨持續(xù)時間及降水強度差別較大，如2020 年花山區(qū)梅期長達52 天，2017 年花山區(qū)梅期僅21 天。長梅期年份常常伴隨長時間的強暴雨。2016 年7 月1 日～4 日連續(xù)四天發(fā)生強降雨，降雨量分別達148.20 mm、77.70 mm、31.40 mm、64.70 mm，花山區(qū)境內多處斜坡發(fā)生變形，且規(guī)模較大，雖未致災，但表現(xiàn)出梅雨期間長時間高強度降水與地質災害形成的高度關聯(lián)性?；ㄉ絽^(qū)屬長江流域，地表水系發(fā)育。長江從西部自南流向北，境內長約8 km，江面寬1223～2338 m，其水位流量季節(jié)性變化明顯，汛期江水水位較高，流量較大，占全年徑流總量的60%左右。

1.2 地形地貌

花山區(qū)屬沿江丘陵平原區(qū)，整體為東部高，西部低。地勢由東、東南向西部長江傾斜。境內地面標高0～254 m，整體地形較為平坦。東部為高丘，一般高度在海拔50～150 m，相對切割深度30～100 m，海拔150 m以上的山峰有娘娘山、老虎山、筆架山等；中部為中丘、高丘，高程一般在15～30 m；西部和南部為長江一級階地，地勢平坦，高程一般在10～20 m；西部長江沖積平原區(qū)，地勢較低，標高一般在6.1～10 m，除局部見有零星殘丘外，大面積為河網、田畈分布區(qū)。中、東部的丘陵區(qū)山體自然坡度10°～30°，匯水條件良好；坡腳處存在切坡建房、修路，高度3～25 m，坡度較陡，是崩塌形成的基本條件。

1.3 地質構造

大地構造單元上屬揚子準地臺Ⅰ構造單元，西北部屬淮陽臺隆張八嶺臺拱，其他地區(qū)屬下?lián)P子臺坳長江陷褶斷帶滁州穹褶斷束，褶皺、斷裂構造較為發(fā)育。斷裂構造主要為北東（北北東）向、北西向、近東西向三組，呈網格狀展布，基本構成了火山巖盆地的構造骨架。斷層帶內巖體破碎，呈散體架空結構，裂隙發(fā)育，有利于降雨入滲；坡腳處建房及公路切坡形成高陡臨空面，在動水壓力作用下往往導致坡體失穩(wěn)。

1.4 工程地質巖組

花山區(qū)巖體主要分布中部及東部丘陵區(qū)，分別為沉積巖、巖漿巖和變質巖建造。土體廣泛分布于波狀平原及平原區(qū)、沿長江及其支流的河谷地帶，分別為第四系中上更新統(tǒng)松散巖類巖組、第四系全新統(tǒng)松散巖類巖組。特殊土主要為膨脹土及軟土。膨脹土廣泛分布于沿慈湖河的河谷平原和波狀平原地帶，另外研究區(qū)南部中丘上也有少量分布。斜坡巖土體結構及風化程度決定了斜坡變形破壞的方式及地質災害類型。硬質巖—較硬質巖地層多裂隙密布，風化裂隙明顯，常形成陡崖地貌，裂隙常下穿切層，形成張性裂隙，將巖層切割，孤立巖體逐漸向外傾斜，最終在自重作用下卸荷產生崩塌。此類地層產生的災害多具突發(fā)性強、隱蔽性強、危害大的特點。

1.5 人類工程活動

花山區(qū)人類工程活動主要有城鎮(zhèn)建設、礦業(yè)活動、交通工程、水利工程、地下水開采抽排與農村切坡建房等。大部分工程活動引發(fā)及遭受的地質災害不發(fā)育。但部分鄉(xiāng)村居民的建房用地不得不切坡進行建設，且切坡較高、坡度較陡、距離房子較近，大多數(shù)未進行任何防護，這些地段常常是崩塌地質災害的易發(fā)地點。區(qū)內交通道路工程活躍，平原區(qū)以填筑路基為主，丘陵區(qū)則有填有挖。平原區(qū)交通工程對當?shù)氐刭|環(huán)境的影響強度一般，而山高坡陡的丘陵地形，道路建設大多需要切坡。切坡形成了高陡的人工邊坡，打破了地質歷史時期形成的斜坡平衡狀態(tài)，造成坡面臨空，致使斜坡變形失穩(wěn)，從而容易發(fā)生崩塌。一些廢棄露天采場邊坡60°～85°，邊坡高度5～50 m，邊坡穩(wěn)定性較差，易引發(fā)崩塌。

1.6 崩塌體特征

原始斜坡和人工邊坡構成了折線狀凸、凹型坡。切坡后在坡肩的應力集中區(qū)發(fā)生巖土體的破壞，破壞形式與切坡的坡度相關。斜坡的坡度越大，臨空的危勢和局部應力較集中，斜坡容易產生變形破壞[6]。發(fā)生崩塌的邊坡坡度一般在60°以上，崩塌的物質為土體加強風化巖體混合型等崩塌，坡體基本保持原始陡坡形態(tài)，表層土體及強風化層沿風化差異界面發(fā)生面狀崩塌。

巖體被結構面切割成不連續(xù)體，其運動特征同完整巖體有很大區(qū)別，不同產狀、規(guī)模、組合情況和粗糙程度的結構面切割后的塊體的運動特征和堆積特征也各不相同[7]。崩塌堆積體多呈扇形，堆積于坡腳，分布集中，巖土體雜亂堆積，碎石塊度在0.1～0.5 m之間。區(qū)域內崩塌突發(fā)性強，發(fā)生前斜坡變形跡象不明顯，僅局部可見碎石崩落，崩塌體運動路徑較短，直接威脅坡腳的建筑物及人員安全。崩塌運移的方式主要以滑移式為主。

2 研究區(qū)斜坡分布范圍

根據(jù)1∶1萬DEM高程數(shù)據(jù)（圖1），在ArcScene模塊中加載遙感影像，然后通過從DEM數(shù)據(jù)中獲取高程值，并設置垂直放大倍數(shù)，可生成三維立體圖，有助于各種類型的斜坡進行大致識別，并形成直觀形象地認識。

3 研究區(qū)斜坡結構類型分布規(guī)律

3.1 斜坡結構類型劃分依據(jù)

巖體是不完整的，它被劈理、軟弱夾層、斷層面、裂縫、節(jié)理裂隙等結構面切割。這些結構面臨空形成對巖體穩(wěn)定性造成重要影響的不利組合[8]。

根據(jù)斜坡的巖土體類型，可將斜坡劃分為土質斜坡、巖質斜坡。巖質斜坡可根據(jù)巖層傾向與坡向組合關系進一步劃分為順向坡、斜向坡、橫向坡、逆向坡。

根據(jù)斜坡坡度可分為陡崖（坡度≥60°）、陡坡（60°～25°）、緩坡（25°～10°）和平臺（坡度≤10°）四種坡型。

根據(jù)《水利水電工程邊坡設計規(guī)范》（SL386-2007），按照斜坡高度劃分：30 m以下為低斜坡，30～70 m為

中等高度斜坡，70 m以上為高斜坡。

3.2 斜坡坡度分布規(guī)律

由圖2 知，陡坡（60～25°）面積為2.8 km2，面積占比為1.6%，主要分布在霍里街道—濮塘鎮(zhèn)一帶高丘地形范圍內，災害點數(shù)量3 個，災害點密度為1.07 個/ km2。緩坡（25～10°）面積為27.8 km2，面積占比為15.6%，主要分布在霍里街道、濮塘鎮(zhèn)中、高丘范圍內，以及西邊貓子山、馬鞍山一帶，災害點數(shù)量17 個，災害點密度為0.61 個/km2。平臺（坡度≤10°）面積為148.3 km2，面積占比為82.9%，主要分布在花山區(qū)大部分區(qū)域，災害點數(shù)量0。斜坡坡度會對邊坡的應力分布產生影響，一般來說，隨著坡度不斷增大，臨空面附近會產生張拉破壞，而且其范圍也不斷增大并深入坡體內部，坡腳附近一般為剪切破壞，也會產生應力集中帶，導致坡體穩(wěn)定降低，易產生崩塌地質災害。根據(jù)統(tǒng)計分析得知，地質災害多發(fā)生在10～25°的范圍內，這個范圍斜坡降雨和坡體表面的徑流速度慢容易入滲，內部的孔隙水壓力升高，使內部的巖土體強度降低，再加上這個斜坡范圍內人類工程活動較頻繁，主要表現(xiàn)在切坡修路、建房，斜坡開挖后在坡腳附近形成人工高陡邊坡，開挖卸荷后坡體內存在較大的殘余應力，加之巖土體較為破碎，降雨沿著節(jié)理裂隙入滲，軟化了結構面，同時坡面臨空條件較好，易產生崩塌地質災害。

3.3 斜坡高度分布規(guī)律

由圖3知，30 m以下低斜坡面積為119 km2，面積占比為66.5%，主要分布在花山區(qū)大部分區(qū)域，災害點數(shù)量0個。30～70 m中等高度斜坡面積為42 km2，面積占比為5.5%，主要分布在花山區(qū)東部霍里街道—濮塘鎮(zhèn)一帶中丘、高丘地形范圍內，災害點數(shù)量17個，災害點密度為0.33個/km2。70 m以上高斜坡面積為18 km2，面積占比為1.1%，主要分布花山區(qū)東部霍里街道—濮塘鎮(zhèn)一帶高丘地形范圍內，災害點數(shù)量3個，災害點密度為0.17個/km2。斜坡坡高與地質災害存在較為顯著的關系，隨著坡高增大，坡體中的主應力值也增大，進而使邊坡產生變形破壞，影響邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)統(tǒng)計分析得知，花山區(qū)地質災害多發(fā)生坡高30～70 m范圍內，地質災害多發(fā)育在坡體的中下部位，規(guī)模以小型為主，對應的單級坡高相對較小，因為坡高較小時易受到外界環(huán)境影響，如切坡建房、修路等人類工程活動，將斜坡原有的應力平衡打破，進行應力重分布時易產生崩塌地質災害。

3.4 斜坡巖土體類型分布規(guī)律

由圖4 知，巖質斜向坡面積為47.66 km2，面積占比為26.6%，主要分布在花山區(qū)西東部丘陵區(qū)，災害點數(shù)量20 個。橫向坡面積為15.55 km2，面積占比為8.7%，災害點數(shù)量4 個，災害點密度為0.257 個/km2。巖質逆向坡面積為8.66 km2，面積占比為4.8%，災害點數(shù)量1個，災害點密度為0.115個/km2。巖質順向坡面積為7.71 km2，面積占比為4.31%，災害點數(shù)量5 個，災害點密度為0.649 個/km2。巖質斜向坡面積為15.74 km2，面積占比為8.79%，災害點數(shù)量4 個，災害點密度為0.254 個/km2。研究區(qū)巖質斜坡類型以沉積巖為主，廣泛分布于丘陵地區(qū)，受斷裂構造影響、風化作用以及人類工程活動影響，導致斜坡的穩(wěn)定性差異較大。順向坡是巖層傾向與坡向夾角小于30°的斜坡類型，主要控制結構面為巖層面、軟弱夾層和節(jié)理，一般穩(wěn)定性較差，在降雨、人工切坡等因素影響下，巖體易沿巖層發(fā)生滑動，破壞類型一般為滑移式。斜向坡是巖層傾向與坡向夾角30～60°、120～150°的斜坡類型，一般穩(wěn)定性較好。在巖體較為破碎，巖體受重力或外荷載等作用首先發(fā)生彎折變形，并在坡體內部產生裂隙貫通，從而產生彎曲―傾倒―滑移破壞，產生崩塌地質災害。橫向坡是巖層傾向與坡向夾角60～120°的斜坡類型，一般穩(wěn)定性較好。在暴雨、人工切坡等因素影響下產生崩塌地質災害。逆向坡是巖層傾向與坡向夾角150～180°的斜坡類型，一般穩(wěn)定性較好。在暴雨、人工切坡的等因素影響下產生崩塌地質災害，破壞類型一般為傾倒—拉裂破壞。根據(jù)統(tǒng)計結果得知，斜向坡發(fā)生地質災害4個，橫向坡4個，逆向坡1個，順向坡5個，地質災害的發(fā)生共同的不利因素是人工切坡形成臨空面。

4 結論

通過地質災害風險調查評價工作，統(tǒng)計分析后認為，花山區(qū)斜坡結構特征對崩塌地質災害具有明顯的控制作用。基于已有研究資料基礎上的地質災害風險識別有助于逐步建立完善地質災害防御案例庫[9]。

（1）花山區(qū)地形起伏較顯著，沉積巖斜坡廣泛分布，巖土體結構類型較復雜，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，人類工程活動活躍，崩塌地質災害發(fā)育。

（2）花山區(qū)崩塌地質災害多發(fā)生在10～25°的范圍內，斜坡降雨和坡體表面的徑流速度慢，容易入滲，易致坡體巖土體強度降低。

（3）花山區(qū)地質災害多發(fā)生坡高30～70 m范圍內，地質災害多發(fā)育在坡體的中下部位。

（4）花山區(qū)巖質斜坡受斷裂構造影響、風化作用以及人類工程活動影響，導致斜坡結構和邊坡穩(wěn)定性差異較大，以順向坡、橫向坡崩塌災害為主。

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