四川省道S216沿线滑坡、崩塌发育规律

2019-06-12

长江科学院院报 2019年6期

(成都理工大学地质灾害与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059)

1 研究背景

四川省道S216线路为木里县境内主要通道，也是香格里拉环线的重要组成部分，道路沿线山高谷深，岩性较为丰富，地形地质条件复杂。每年5—9月份的雨季，区域内滑坡、崩塌灾害使道路断道现象频频发生。2015年7月10日四川省道S216棉亚山高岩子段发生滑坡使道路中断；2016年9月7日上午，菜籽湾段多次发生山体滑坡，路基大幅度沉陷，使道路中断；原省道S216在下麦地乡通过一处方量约260万m3的滑坡，现已避让[1]。道路沿线发生地质灾害严重威胁着行人行车的安全，道路抢险工作难度大、耗资高，因此对道路沿线地质灾害发育规律的研究,对于道路规划、改线以及交通抢险意义重大。

四川省道S216沿线灾害频发，某些灾害多发段面临改道的问题，对地质灾害发育规律的研究尤为重要。此区域内道路中断几乎都为滑坡、崩塌所致，泥石流影响较小。为此，本文基于ArcGIS平台对木里县固增苗族乡至盐源县木锁沟的省道S216沿线约85 km地形地貌多变地带的滑坡、崩塌灾害发育规律进行研究，对该区域滑坡以及崩塌发育规律形成了初步的认识[2-3]。认识的结果可为区域内道路抢险、线路突发情况改线以及灾害分区提供依据。

2 研究区地质概况及资料来源

2.1 地质概况

区域内地表水较为丰富，最主要的河流为理塘河，也有木里河之称，其流向东南，多年平均年径流总量45.1亿m3，四川省道S216主干道路基本依河而建。

研究区地处川西高原的南段，地形起伏较大，其中最低海拔1 762 m，最高海拔4 283 m；区域面积约为840 km2。

研究区内地层岩性较为丰富，从奥陶系到三叠系除了泥盆系缺失之外，其余均有出露。其中分布范围最较广的地层为二叠系下统(P1)及奥陶系吾力沟组(O1w)，其岩性为砾状灰岩夹钙质千枚岩、生物碎屑灰岩及厚层灰岩、碎屑岩。

研究区地质构造复杂(见图1)，是横断山脉在四川境内最典型的造山带，其大地构造位置属于松潘—甘孜地槽区南缘的2个Ⅰ级构造单元扬子准地台与松潘—甘孜地槽的槽台结合部，其中小金河断裂的部分分支断裂就发育在研究区之内[4]。

图1 研究区概况Fig.1 Overview of the study area

2.2 资料来源

收集研究区1∶50 000的地形图资料，在ArcGIS中将其转换为数字高程模型(DEM)数据，接着对其进行精确的地理配准，收集区域内的道路、水系、断层等资料。

基于多时相卫星数据资料进行遥感解译工作[5]；接着将资料汇总之后系统地对研究区线路作野外现场调查，最终确认研究区内共发生灾害130处，其中滑坡80处、崩塌50处。

3 灾害发育规律

综合考虑选取岩性、高程、断层、水系、坡向、人类坡度道路工程等因素对区域内滑坡、崩塌的发育规律进行研究。

基于ArcGIS强大的空间分析功能，将研究区内的断层、水系等要素生成多环缓冲区，并统计各灾害点距离断层等要素的距离；用数字高程模型生成坡度、坡向、高程等栅格文件，并将多值提取至各灾害点，从而对研究区内滑坡、崩塌灾害的发育规律进行分析。

3.1 灾害与地层岩性的关系

相关研究表明滑坡更容易在较为软弱的岩体、松散堆积层以及有软弱夹层的坚硬岩体中发育，而崩塌较容易在坚硬岩体中发育[6]。

选取区域内分布范围最广的5个地层进行研究，分析灾害在不同地层中的发育规律，如表1所示。

表1 各地层中滑坡、崩塌发育频率Table 1 Frequency of landslides and collapsesdeveloped in different strata

统计后得出，滑坡在此区域内在奥陶系吾力沟组(O1w)的灰岩、碎屑岩及三叠系西康群(Txk)的板岩、千枚岩夹泥灰岩中发育频率最高；而崩塌在此区域内在三叠系盐塘组(T2y)的灰绿黄色砂岩、粉砂岩中及三叠系巴东组(T2b)的灰岩、泥灰岩夹绿色页岩中发育频率最高。因此在此区域内道路选线及抢险时应着重注意以上地层区域。

3.2 灾害与断层的关系

断层活动会导致岩体破坏，使岩体风化加深，有学者的研究结果表明断层对于滑坡等灾害具有极强的控制作用(图2)，尤其是与断裂方向一致的坡体极易发生滑坡，且断层的控制作用具有上盘效应，与断层下盘相比较，上盘的活动更为强烈、持久[7]。

图2 断层活动引发滑坡Fig.2 Landslide triggered by fault activity

统计距断层不同距离内滑坡、崩塌的发育情况，结果如图3，可以看出距离断层越远，灾害点个数整体先增加，当距离超过400 m后又呈下降的趋势，接着在1 000 m之后趋于平缓；在200～400 m之间灾害点发育个数最多，这是由于区域内断层发育较多，此距离范围内受到2条以上断层的影响。分析得出此区域内断层对于滑坡、崩塌灾害的控制范围都为1 000 m左右。

图3 距断层不同距离灾害发育规律Fig.3 Rule of disaster development at differentdistances to fault

3.3 灾害与高程的关系

研究区地形起伏较大，将数字高程模型(DEM)数据导入ArcGIS中与区域内的灾害点进行了分析。

分析结果(图4)表明研究区内的滑坡地质灾害主要发生在2 000～2 500 m高程，占总体的70%；崩塌灾害主要发生在1 762～2 500 m高程，占崩塌灾害总数的76%。

图4 滑坡、崩塌与高程的关系Fig.4 Relationship between collapse, landslide and elevation

3.4 灾害与河流水系的关系

河流对坡脚有冲刷、浸润等作用，又有相关学者的研究结果表明黏性土与河水作用后，重塑土的微结构和抗剪强度都会发生一定变化[8]，因此河流水系是灾害发生的影响因素之一。基于ArcGIS分析区域内河流水系与灾害的规律，结果如图5所示。

图5 距河流水系不同距离灾害发育规律Fig.5 Rule of disaster development atdifferent distances to river

根据分析可知，随着距离的增大，每100 m范围内的滑坡、崩塌发育个数基本呈现出逐渐减小的趋势，到一定距离之后，灾害个数开始稳定。以上规律表明，区域内河流水系对于灾害的发生具有控制作用，其中对滑坡灾害的控制范围约为500 m，对崩塌灾害发生的控制范围约为400 m。

3.5 灾害与坡度的关系

坡度是影响坡体稳定的重要因素之一。随着坡体坡度的变化，坡体中的应力分布会相应变化，最大应力出现的部位也会产生一定的变化[9]，从而影响坡体的稳定性。对研究区130个灾害点的坡度进行分析，结果显示区域内滑坡灾害主要发生在20°～40°的斜坡上，共59处，占总体的73.8%(图6)；崩塌灾害主要发生在20°～50°的斜坡上，共发生了47处，占总体的94%。区域内滑坡、崩塌灾害主要发生在20°～50°的斜坡上，共发生了111处，占研究区内总数的85.38%。

3.6 灾害与坡向的关系

斜坡的朝向不同，使得土体中的含水率、植物覆盖率、土壤中的腐殖质等有一定差别[10-13]，以上几种因素均可能导致斜坡岩土体的强度不同，从而影响灾害的发育。基于以上原因，将坡向分为N(337.5°—22.5°)，NE(22.5°—67.5°)，E(67.5°—112.5°)，SE(112.5°—157.5°)，S(157.5°—202.5°)，SW(202.5°—247.5°)，W(247.5°—292.5°)，NW(292.5°—337.5°)8个方向对研究区各个地质灾害点的坡向进行分析，如图7所示。

图7 滑坡、崩塌的坡向方位规律Fig.7 Collapses and landslides in slopes ofdifferent aspects

分析表明区内滑坡在北西向(NW)以及正北向(N)发育较少，仅有4处，仅占5%，在其他朝向的坡体上均有分布，其中在南西向(SW)最为发育，共22处，占27.5%；崩塌主要发育在正东向(E)、南西向(SW)、南东向(SE)、正西向(W)的坡体上，共40处，占80%，在其余方向零星分布。

3.7 灾害与道路的关系

研究区内地形地貌多变，道路等难免会建在坡体上。修建道路可能会使坡面岩体裸露；在进行爆破等工程活动时可能会使岩体结构产生松弛；削坡建路还会改变岩体的天然应力状态；还有学者研究得出人类活动带来的微小外界扰动(如车辆行驶带来的振动)也会引起边坡的变形破坏[14-15](图8)。基于以上原因，对研究区内的灾害点距道路的距离进行了统计分析(表2)。

图8 修建公路引发的滑坡Fig.8 Landslide caused by road construction

距离/m滑坡崩塌数量/处百分比/%数量/处百分比/%[0,100]3645.02040(100,200]2227.52040(200,300]1012.524(300,400]45.0612(400,500]22.512(500,600]45.000>60022.512

分析发现区域内滑坡大部分发育在距道路300 m范围内，占了总数的85%，距道路300 m之后，每100 m范围内的滑坡都在4处以下；区域内大部分崩塌灾害都发生在距道路200 m的范围内，占了总数的80%，200 m之后崩塌灾害零星分布。以上现象表明研究区内的灾害受到了道路的影响，其中道路对滑坡的影响范围大约为300 m，对崩塌的影响范围约为200 m。