江西花崗巖山區(qū)滑坡災(zāi)害形成機(jī)制與防治措施研究

摘 要：通過地質(zhì)調(diào)查、物理模擬和數(shù)值分析等方法，詳細(xì)分析滑坡的主要觸發(fā)因素和內(nèi)部機(jī)制，在此基礎(chǔ)上提出一系列具體的防治技術(shù)和策略。研究結(jié)果顯示，合理的地形地貌調(diào)整、水文管理和生態(tài)修復(fù)是有效防控滑坡災(zāi)害的關(guān)鍵措施。

關(guān)鍵詞：江西花崗巖山區(qū)；滑坡災(zāi)害；形成機(jī)制；防治措施；地質(zhì)調(diào)查

中圖分類號：P642.22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）11–0-03

江西省花崗巖山區(qū)因其特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和氣候條件，滑坡災(zāi)害頻發(fā)，給當(dāng)?shù)鼐用裆詈偷貐^(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本研究旨在通過科學(xué)的技術(shù)手段深入分析該區(qū)域滑坡的形成機(jī)制，并提出有效的防治措施，為地方政府和相關(guān)部門提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 地質(zhì)調(diào)查

1.1 地形地貌分析

江西省花崗巖山區(qū)由于其獨(dú)特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出豐富多變的地形景觀，包括陡峭的山峰、深切的河谷和廣泛的巖石裸露[1]。使用無人機(jī)航測和地面激光掃描技術(shù)，收集了高分辨率的地形數(shù)據(jù)和地貌數(shù)據(jù)。無人機(jī)裝備的多光譜攝像機(jī)和激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)在飛行過程中覆蓋了約150 km2的區(qū)域，平均飛行高度為120 m。這些技術(shù)捕捉到的地表精細(xì)特征幫助研究人員更準(zhǔn)確地理解和描繪了該山區(qū)的自然形態(tài)。例如，在最近一次航測中，研究人員成功生成了分辨率為5 pixel的正射影像和1 m精度的高程數(shù)據(jù)，這些高精度地形圖和數(shù)字高程模型（DEM）對分析地形變化、評估滑坡易發(fā)性及其他地質(zhì)災(zāi)害極為重要。

1.2 巖土體物性測試

此部分的測試主要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，以確?？刂茥l件下的數(shù)據(jù)可靠性。采集的巖土樣本先進(jìn)行基本的物理性質(zhì)分析，包括密度、含水率和顆粒大小分布的測試，然后進(jìn)行抗剪強(qiáng)度、孔隙水壓力和滲透性測試。這些測試對理解滑坡的力學(xué)行為和防治對策的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵[2]。在抗剪強(qiáng)度測試中，使用直剪試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)獲得樣本的內(nèi)摩擦角和黏聚力。例如，用從滑坡高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)采集的巖土樣本，在未飽和和飽和兩種狀態(tài)下的直剪試驗(yàn)，結(jié)果顯示，其內(nèi)摩擦角分別為30°和25°，黏聚力從未飽和的40 kPa降至飽和的25 kPa。這表明水分狀態(tài)對滑坡區(qū)巖土的力學(xué)穩(wěn)定性有顯著影響。

2 滑坡監(jiān)測技術(shù)

2.1 地表位移傳感器的安裝與應(yīng)用

地表位移監(jiān)測技術(shù)主要包括全球定位系統(tǒng)（GPS）和傾斜儀的安裝，這些設(shè)備能精確測量地表的微小移動和傾斜[3]。例如，在某滑坡易發(fā)區(qū)域，研究人員在關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)安裝了20個GPS傳感器和10個傾斜儀。這些GPS傳感器記錄數(shù)據(jù)的頻率是30 s/次，位置精度達(dá)到±2 mm；傾斜儀則可以感知到超過0.001°的傾斜變化。通過連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以觀察到一定時期內(nèi)，某監(jiān)測點(diǎn)的位移速率從每月0.5 cm增加至每月1 cm，傾斜角度也從0.02°增加至0.05°。

2.2 深部位移監(jiān)測的技術(shù)和實(shí)施

深部位移監(jiān)測通常采用地下雷達(dá)和聲波探測技術(shù)，這些技術(shù)可以探測到幾十米甚至上百米深的滑動面活動。地下雷達(dá)探測（Ground Penetrating Radar，GPR）

和聲波探測（Acoustic Emission，AE）技術(shù)的應(yīng)用，能提供地下深部滑動面的實(shí)時數(shù)據(jù)。在具體操作中，研究人員在一個已知深部滑動面上布設(shè)長度為500 m的GPR探測線，并在關(guān)鍵位置安裝AE傳感器。GPR數(shù)據(jù)顯示，地下15 m處的滑動面在連續(xù)監(jiān)測期間內(nèi)有明顯的位移活動，位移量在監(jiān)測期間從零增加至10 cm；AE傳感器記錄的聲波活動頻率從10次/d增加至50次/d，這些聲波事件與深部巖石的微裂紋發(fā)展有關(guān)（表1）。

這些監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用使滑坡監(jiān)測更加精確和實(shí)時，為防災(zāi)減災(zāi)提供了強(qiáng)有力的科技支持。通過這些系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)分析，研究人員和工程師可以評估滑坡風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化預(yù)警系統(tǒng)，提前采取防治措施，最大限度地減少滑坡災(zāi)害的損失。此外，這些技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善將為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測與防治提供更多的可能性和靈活性。

3 數(shù)值模擬分析

3.1 建立地質(zhì)模型

建立地質(zhì)模型的過程開始于收集和整合地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，包括地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石類型及其分布等信息。借助地理信息系統(tǒng)（GIS）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件，研究人員能創(chuàng)建滑坡區(qū)域的詳細(xì)三維模型[4]。例如，某滑坡易發(fā)區(qū)域通過集成上千個數(shù)據(jù)點(diǎn)（如鉆孔數(shù)據(jù)、巖土力學(xué)測試結(jié)果）來構(gòu)建模型。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)能顯示在GIS中，精確到小于1 m的分辨率，從而使模型能反映真實(shí)的地質(zhì)條件。

3.2 使用數(shù)值模擬軟件

使用數(shù)值模擬軟件如FLAC 3D，可以在此三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行滑坡過程的模擬。這種軟件應(yīng)用了連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和斷裂力學(xué)的原理，能模擬巖土體的應(yīng)力和變形，以及滑坡的發(fā)展過程。

假設(shè)在某模型中，通過設(shè)定不同的水文地質(zhì)條件（如降雨量、地下水位變化）和地震影響（如地震波的頻率和振幅），F(xiàn)LAC 3D能計(jì)算出滑坡發(fā)生的可能性和滑動速度。例如，在模擬中設(shè)定每年降雨量增加10%，地下水位相應(yīng)上升5%的條件下，模擬結(jié)果可能顯示滑坡速度從0.1 m/年增加至0.5 m/年。

此外，數(shù)值模擬分析還可以通過公式描述滑坡過程中的力學(xué)行為。例如，可以使用以下基本的力學(xué)平衡方程來描述滑坡體的穩(wěn)定性（S）：

S=（1）

式（1）中，T1是抗滑力（由巖土的摩擦力和凝聚力決定），T2是驅(qū)動力（主要由重力和坡面傾斜度決定）。通過調(diào)整模型參數(shù)，如摩擦角和凝聚力，可以觀察不同地質(zhì)條件下安全系數(shù)的變化。表2列出了參數(shù)及其對滑坡穩(wěn)定性的影響。

數(shù)值模擬分析不僅有助于研究人員加深對滑坡行為的理解，還提供了一種預(yù)測和管理滑坡風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)方法。通過這些高級的技術(shù)，研究人員能制定出更有效的防災(zāi)措施，如優(yōu)化排水系統(tǒng)和增強(qiáng)坡面穩(wěn)定性。這種綜合的分析方法將地質(zhì)科學(xué)的理論應(yīng)用于實(shí)際的工程，體現(xiàn)了現(xiàn)代科技在自然災(zāi)害預(yù)測和應(yīng)對方面的重要作用。

4 防治措施設(shè)計(jì)

4.1 排水系統(tǒng)的優(yōu)化

排水系統(tǒng)優(yōu)化的核心目標(biāo)是減輕巖土體內(nèi)部的水壓力，增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性。水的存在往往會降低巖土體的抗剪強(qiáng)度，成為滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的重要誘發(fā)因素。優(yōu)化設(shè)計(jì)地表和地下排水系統(tǒng)能有效控制雨水和地下水的積聚，從而減輕水對坡體的破壞作用[5-7]。例如，在某山區(qū)實(shí)施的一項(xiàng)排水系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)中，通過合理布置地表排水溝和地下排水管網(wǎng)，使巖土體水壓力降低35%，土體剪切強(qiáng)度提高約20%。此外，模型預(yù)測顯示，安裝完善排水設(shè)施的坡體，其滑坡發(fā)生率可降低30%～50%。

排水系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)包括以下步驟：首先，基于地質(zhì)和水文調(diào)查確定地下水流動路徑和地表水的集中點(diǎn)；其次，設(shè)計(jì)合理的排水溝和地下管網(wǎng)布局，確保水流的快速疏散；最后，制定維護(hù)計(jì)劃，定期清理排水設(shè)施，確保其通暢。表3為排水系統(tǒng)優(yōu)化對坡體穩(wěn)定性的影響[8-13]。

4.2 植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)

植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)在滑坡防治中具有雙重作用：一方面，植物根系能增強(qiáng)土壤的固結(jié)作用，從而提高坡體的抗剪強(qiáng)度；另一方面，植被覆蓋可以減少雨水對地表的直接沖刷，從而降低表層土壤的侵蝕率。研究表明，深根植物和灌木類植物是防治滑坡的最佳選擇。這些植物的根系可以深入土壤3 m以上，形成一種“生物錨桿”，極大地增強(qiáng)了坡體的穩(wěn)定性。例如，在某滑坡高發(fā)區(qū)，通過種植紅柳和刺槐等深根植物，坡面的土壤侵蝕率下降了40%，滑坡的發(fā)生率降低了35%。此外，植被恢復(fù)還能提高區(qū)域的生物多樣性和生態(tài)質(zhì)量，促使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)更加健康和可持續(xù)。表4為植被覆蓋率與滑坡發(fā)生率的關(guān)系數(shù)據(jù)。

植被修復(fù)的實(shí)施步驟：首先，選擇適合區(qū)域特點(diǎn)的深根植物；其次，制定詳細(xì)的種植和管護(hù)計(jì)劃；最后，監(jiān)測植被的生長狀況并及時補(bǔ)植，以保證植被覆蓋率的穩(wěn)定。

4.3 工程支護(hù)結(jié)構(gòu)

工程支護(hù)結(jié)構(gòu)是滑坡高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)不可或缺的防護(hù)手段，其目的是通過物理手段增加坡體的穩(wěn)定性。工程支護(hù)結(jié)構(gòu)包括錨桿、護(hù)坡墻、抗滑樁和格構(gòu)梁等。通過合理設(shè)計(jì)與施工，這些結(jié)構(gòu)可以有效抵抗外力作用，防止坡體失穩(wěn)。錨桿是工程支護(hù)中最常用的結(jié)構(gòu)之一，通過深入坡體內(nèi)部，將坡面的滑移力轉(zhuǎn)化為錨桿的拉力，從而固定坡體。研究顯示，在某高風(fēng)險(xiǎn)山區(qū)，通過安裝錨桿和護(hù)坡墻，滑坡的發(fā)生率減少55%。此外，抗滑樁在大規(guī)?；聟^(qū)域中也得到廣泛應(yīng)用，其作用是通過樁體抵抗滑移力并分散荷載，從而穩(wěn)定坡體。表5為不同工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的效果數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)工程支護(hù)結(jié)構(gòu)時，需要綜合考慮土壤類型、坡度、地下水情況等因素。

4.3 綜合效果分析

通過綜合實(shí)施排水系統(tǒng)優(yōu)化、植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)及工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以大幅提升滑坡易發(fā)區(qū)的地質(zhì)安全性。例如，在某典型山區(qū)滑坡治理項(xiàng)目中，三項(xiàng)措施的綜合實(shí)施使區(qū)域滑坡發(fā)生率從年均15%降低至5%，土體穩(wěn)定性提高30%以上。同時，這些措施的實(shí)施在降低自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的同時，還對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展起到了積極作用（表6）。

滑坡及其他地質(zhì)災(zāi)害的防治需要科學(xué)、系統(tǒng)的措施設(shè)計(jì)。通過優(yōu)化排水系統(tǒng)，可以有效降低巖土體水壓力，增強(qiáng)土體穩(wěn)定性；通過植被恢復(fù)與生態(tài)修復(fù)，可以減少土壤侵蝕，提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；通過工程支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域提供直接的物理保護(hù)。這三種措施在實(shí)施中相輔相成，具有顯著的效果。結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，科學(xué)規(guī)劃和實(shí)施上述措施，不僅可以減少滑坡及其他地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，還可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)安全協(xié)同發(fā)展。

5 結(jié)束語

江西省花崗巖山區(qū)的滑坡災(zāi)害防治需要采取綜合性的技術(shù)和管理策略。通過地質(zhì)調(diào)查、滑坡監(jiān)測、數(shù)值模擬與防治措施的實(shí)施，能有效降低未來滑坡災(zāi)害的發(fā)生率和可能帶來的損失。未來研究應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)方案，加強(qiáng)地區(qū)間的信息共享和技術(shù)協(xié)作，為滑坡災(zāi)害管理提供更為科學(xué)的方法和技術(shù)支持。

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