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广西融安县地质灾害的形成条件及影响因素

2022-11-22周思裕潘世佳

中国金属通报 2022年10期
关键词:斜坡降雨边坡

周思裕,陈 翔,潘世佳

融安县位于广西壮族自治区北部,柳州市西北部,地理坐标为东经109° 12′ 52″~109° 46′ 43″,北纬24°45′31″~25°34′39″,地处贵州高原和广西盆地接壤的斜坡地带,地势东北高西南低,山地多平原少,主要以山地丘陵和岩溶地貌分布。近年来,随着国家对地质灾害防治的投入提高和经济建设的需要,该地区先后进行了一些环境地质研究工作,尤其是1:5 万地质灾害详细调查工作,比较全面地调查与核实了融安县地质灾害的类型、分布、规模等特征。本次研究对全县现有79 处地质灾害点及历年地质灾害进行综合分析,查明各类地质灾害隐患点的分布规律,进而探寻其形成条件及影响因素,为现阶段该地区的防灾减灾工作提供依据。

1 研究区基本情况

融安县辖12 个乡镇、137 个行政村、11 个社区、2041 个村民小组。截至2019 年末,常住人口35.83 万人,有壮、苗、瑶、侗等少数民族15.08 万人,占总人口的45.98%。融安县地处贵州高原和广西盆地接壤的斜坡地带,地势东北高西南低,工作区分布碎屑岩地貌、岩溶地貌和河谷地貌等三大类型地貌,分别占全县面积的64.7%、32.8%、2.5%。共有江河93 条,其中主要河流20 条,均属于珠江流域西江水系柳江支流,总长525.7km。融安县属中亚热带季风气候区,多年平均降雨量为1853.78mm,最大的1994年达2596.30mm,最少的1991 年也有1393.90mm。境内主要出露有石炭系、泥盆系、寒武系、震旦系、丹洲群及第四系地层。据区域资料,融安县处于南华准地台桂中-桂东台陷桂中凹陷的罗城褶断带,为四级构造单元,大致经历了四堡期、加里东期、印支-燕山期、燕山期等多期构造发展阶段。融安县发育的地质灾害类型有危岩、崩塌、滑坡和岩溶塌陷4 种,本次地灾风险普查工作核查地质灾害及隐患点共76 处,核销地质隐患点3 处,新增地质隐患点6 处,目前已查明地质灾害点、隐患点共79 处。其中,危岩30 处,占全县地质灾害总数的37.90%;崩塌32 处,占全县地质灾害总数的40.50%;滑坡16 处,占全县地质灾害总数的20.20%;岩溶塌陷1 处,占全县地质灾害总数的1.20%。危岩、崩塌和滑坡是融安县主要的地质灾害灾种。

地质灾害的空间分布特征,与地质灾害的形成条件和影响因素之间的关系十分密切,地质灾害的形成是由多种因素共同决定的(李术才等,2018;任磊等,2020)。影响地质灾害形成的因素主要包括地形地貌、岩土体类型及工程地质特征、降雨、人类工程活动等(张秦华等,2018,曾贞和张志强,2018;陈绪钰等,2019),其中,地形地貌、岩土体类型及工程地质特征和降雨等自然因素为地质灾害的发生提供了基本条件,不当的人类工程活动则加剧了地质灾害的发生(张淑虹,2017;陈诚等,2020)。

2 地形地貌与地质灾害

融安县地质灾害在各地貌区均有发育,多发育于侵蚀溶蚀峰丛洼地、谷地地貌区,共112 处,占地质灾害总数的31.82%;构造侵蚀、剥蚀低山丘陵地貌区、构造侵蚀中低山次之,分别为102处,110 处;侵蚀溶蚀峰林谷地地貌区无地质灾害发育。从地灾发育密度看,侵蚀溶蚀峰丛洼地、谷地地貌区,溶蚀堆积孤峰平原地貌区地灾发育密度最大,为0.15 处/km2,0.79 处/km2;构造侵蚀中低山,构造侵蚀、剥蚀低山丘陵地貌区次之,发育密度为0.12,0.10 处/km2;侵蚀溶蚀峰林谷地地貌区发育密度为0 处/km2,主要是人烟稀少或工程活动少。

3 地质构造与地质灾害

县内构造总体上以北东向、北北东向构造最为发育,其次为南北向构造及弧形构造。融安县地质灾害点仅局部沿断裂带、向斜两侧呈线状分布,似乎没有明显集中的条带状分布特征,构造带两侧的地质灾害点还是较分散的。融安县地质构造的发育程度,对地质灾害的发育有一定的促进影响,在其他致灾条件相同的情况下,地质构造的发育程度会对灾害的发生有一定的控制作用。从实际调查情况来看,无论是主构造还是次级构造,对于危岩和崩塌、滑坡形成的作用较为明显,主要是构造带上岩石受挤压、拉张和扭转等多种应力影响,构造节理裂隙较为发育。在构造带两侧的边坡揭露的岩体更加破碎,危岩多受2 组~3 组或多组节理裂隙切割,岩体稳定性差;强-全风化层更厚,崩塌和滑坡往往以构造面作为崩滑面。如在长安-东起断层、沙子断层、沙子背斜等南北构造带和雅瑶断层、板榄断层、大将背斜、马步向斜东西向构造带上,危岩、崩塌和滑坡明显沿着构造带上和两侧分布。

4 地层岩性与地质灾害

融安县本次调查核实地灾及隐患点79 处,类型有危岩、崩塌、滑坡和岩溶塌陷。其中,危岩30 处,崩塌32 处,滑坡16 处,岩溶塌陷1 处,主要发生于泥盆系灰岩、白云岩地层,其次发生于寒武系砂、泥岩地层,往后是石炭系灰岩、白云岩地层及丹州群变质千枚岩地层,主要与不同地层分布面积有关。

在寒武系地层边溪组(∈b)、清溪组(∈q)和泥盆系唐家湾组(D2t)、桂林组(D3g)、桂林组-额头村组(D3g-e)地层中地灾分布数量较大,其与地层分布面积大小有关,这些地层地质灾害隐患数量为69 处,占全县地灾隐患总数的87.34%。同时也可以认为这些地层为融安县的主要致灾地层。

5 风化土层厚度与地质灾害

融安县地灾发育数量最多的为≤1m 区域,该区域发育地灾点32 处,占全县地灾点发育总数的40.51%,发育类型有危岩、崩塌,以危岩为主要灾种,而该区域占全县面积为38%;风化土层厚度1m ~3m 的区域,发育地灾点32 处,占全县地灾点发育总数的40.51%,发育类型有危岩、崩塌、滑坡、和岩溶塌陷,以崩塌和滑坡为主要灾种,而该区域占全县面积为43%;风化土层厚度3m ~≤5m 区域发育地灾14 处,占全县地灾点发育总数的17.72%,发育类型有崩塌、滑坡,而该区域占全县面积为16%;风化土层厚度>5m 区域发育地灾点1 处,占全县地灾点发育总数的1.26%,发育类型为滑坡,而该区域占全县面积为3%。

从地灾发育密度看,风化土层厚度≤1m、1m ~≤3m、3m ~≤5m 区域地灾发育密度和全县平均水平相当,风化土层厚度>5m 区域地灾点发育密度最小,这也与融安县切坡建房的实际情况相符合,居民较少在>5m 的风化土层处建房。

6 人类工程活动与地质灾害

随着经济社会的迅猛发展,人类工程活动无论是在深度上还是在广度上都日益加剧,对自然的改造愈演愈烈。特别是对自然斜坡的不合理开挖,打破了地质历史时期形成的斜坡平衡状态,使斜坡稳定性系数降低或造成斜坡变形失稳。自然斜坡的不合理开挖已成为诱发地质灾害的主要因素之一,另外不合理的弃渣等在局部容易引发泥石流。

研究区城镇与农村房屋建设、道路建设、水利工程建设和矿产资源开发等主要人类工程活动最主要的方式即为切坡。由于融安县山多地少,近些年来随着经济的发展,人类工程活动呈加剧之势,对地质灾害的影响也越来越大。根据野外调查,区内发生的崩塌、滑坡和不稳定斜坡等地质灾害大多跟切坡有关。切坡对崩塌、滑坡的影响主要表现在切坡不仅为崩塌、滑坡产生提供了陡峭临空面,并且自然斜坡经人工开挖后,使原来受外界气候影响较小的深部岩土体暴露于大气环境中,在大气环境干湿循环变化影响下,边坡坡面暴露的岩土体风化加剧,在卸荷、降雨、自重等作用下,边坡表层岩土体变松散,边坡稳定性降低,在降雨影响下易产生边坡浅表层岩土体的崩塌、滑坡。

随着人类工程活动增强,地质灾害造成的危害也越来越大。其主要原因:一是当地居民房屋与人工切坡坡脚的距离较近,以1m ~1.5m 居多,而随着施工方式的从人工到机械的转变,切坡却越来越高、越来越陡,并且形成的边坡由土质边坡向岩土质边坡转变;二是房屋本身结构强度较差,现在当地农村居民一部分还住着土坯瓦顶或砖瓦结构的房屋,此类房屋结构强度非常差,在调查中发现,仅小方量的崩滑就可使墙体产生破坏甚至倒塌,而对于结构较好的砖混结构房屋来说小规模土质崩滑完全是可以承受的,但岩质和碎块石的崩塌滑坡对各类房屋的破坏都很大。

近年来,县级公路建设及村村通公路建设大规模施工,道路拓宽开挖形成的边坡高陡,许多地段切坡高20m ~30m,局部达40m,如此高陡的边坡一旦发生崩滑,往往需要花近一个月清理,严重影响道路安全。另外公路开挖形成的废土石未考虑集中处理而随意的顺着冲沟堆积,大部分地段未做任何防护使得废石土成为泥石流的物源,暴雨时可能引发泥石流灾害。

长安镇、大坡乡的城镇建设,其城镇建设场地平整以切坡、削坡及填方为主。现状存在较多的高切坡,挖方高度多在5m ~15m 之间,局部达20m ~30m,多数边坡无有效的护坡及排水设施,如果不及时采取有效措施进行护坡及坡面排水,随着时间推移,易发生边坡崩塌、滑坡、堆土泥石流等地质灾害。此外,调查区低山丘陵、中低山区分布面积广,人口密度大。近年来,随着居民收入的大幅增长,为改善居住条件,许多村民采取在坡脚或半坡切坡建房。从野外调查情况看,切坡高度多在5m ~10m 之间,少数达15m ~20m。由于经济条件限制及防灾观念淡薄,往往重建设、轻防护,因而绝大多数边坡无基本的护坡及有效的坡面截排水设施。由于调查区境内的低山丘陵、中低山区斜坡表面多分布有厚度大、结构松散的坡残积粉质粘土、粘土、砂质粘土等,而不合理切坡易打破山坡的自然平衡状态,在强降雨、震动、地面加载、坡面持续风化剥落等因素综合作用下,易发生崩塌、滑坡地质灾害。

根据现场调查,调查区目前已经调查发现的81 处地质灾害及隐患点中,除去29 处危岩灾害类型属于自然形成的外,有44处崩塌、滑坡与切坡建房有关,占总数的84.62%。此外,据融安县近年来的突发地质灾害调查情况上看,切坡建房形成的高陡斜坡往往会发展成崩塌、滑坡地质灾害。根据调查统计,调查区切坡建房形成的高陡斜坡共计394 处,威胁929 户4122 人,威胁财产约20805 万元,其中岩土质斜坡353 处,土质斜坡5 处,岩质斜坡36 处,坡高主要集中在5m ~15m 之间、切坡坡度在55°~75°之间。斜坡结构类型统计,顺向坡64 处,斜向坡159处,横向坡101 处,逆向坡62 处,其余斜坡类型8 处。

调查区内394 处人工切坡中,有267 处(占总数67.77%)无防护措施,127 处(占总数32.23%)采取了简易的分级削坡、挡墙、排水沟、坡面措施,大部分防护措施不规范,防护效果一般,主要以分级削坡为主。建房、修路等人类工程活动切割自然坡体高陡斜坡,人工切坡改变了自然斜坡体结构,引起应力重分布,破坏斜坡前缘支撑体,形成临空面,为斜坡发生变形破坏提供前提条件。强降雨时,降雨沿坡面或坡体后缘下渗,增加坡体自重力,进而增大下滑力,并引起坡体内部土体颗粒之间或者结构面上的摩擦力减小,降低斜坡的稳定性。在强降雨等因素影响下,斜坡发生变形从而形成不稳定斜坡,严重者进一步发生变形破坏,从而形成崩塌或滑坡。

融安县采石场较多,均为露天开采,但大多数规模较小。近年来经整合、整顿,原位于公路边或村庄附近的采石场大部分已搬离村庄或公路一定的距离,减少了人为采石对村庄或公路安全的威胁。但在一些未进行边坡治理的废弃采石场底部依然有人类工程活动,开采时通过剥离地表的覆盖层,首先使地表的植被被破坏,改变了原有地区的生态环境,使矿山山体岩层裸露,矿区内大部分矿山开采后的边坡角较陡,部分边坡高度太高,开采边坡无明显的开采台阶,使得地形坡度增大,同时,开采形成的高边坡多为裸露的岩质边坡,坡面分布有大量的碎石和石块形成危岩,依然存在危岩崩塌的地灾安全隐患。个别露天大型采石场在生产爆破活动时依然会对周边的村庄产生爆破震动的影响,个别采石场不按有关规范规程安全生产,生产过程中易产生岩崩灾害。

7 降雨与地质灾害

地质灾害集中在雨季发生:融安县地质灾害受降雨作用影响明显,集中在雨季发生。融安县地质灾害多发生在每年4 月~9 月的雨季,以5 月份~8 月份最为多发,5 月~8 月的地质灾害发育数量占地质灾害总数的80%,其他月份发生数量较少。融安县的地质灾害基本上属于降雨诱发型,降雨为地质灾害发生的主要诱发因素。融安县属中亚热带季风气候区。降雨量总体较充沛,时间多集中在每年4 月份~9 月份,尤其以5 月、6 月、7 月、8 月降雨较多,地质灾害发生频率与月降雨量变化基本一致。由于发生的持续强降雨引发的地质灾害数量众多,发生时间也相对集中,且引发的地质灾害占全县已查明地质灾害数量的近6 成。在暴雨的诱发下,同一时间内集中爆发大量地质灾害,也是融安县地质灾害发育的一个特点。

区内边坡崩塌一般都是在降雨诱发下产生,降雨对边坡崩塌影响主要体现如下:边坡经开挖后,原来不受大气降雨影响的深部岩土体暴露于大气环境中,风化加剧,产生大量的风化孔、裂隙,结构变松散,并伴随抗剪强度显著衰减。松散的岩土体结构及裂隙的发育使得雨水易于渗入到深部,直至形成浅层大气影响带。该浅层带一旦受降雨影响吸水饱和,有效凝聚力将急剧降低,接近于零,引发边坡浅表层土体崩塌破坏。

降雨对滑坡的影响主要体现在三个方面,一是增加滑体容重,在重力作用下加速了斜坡失稳;二是由于岩性的差异,下部强风化岩体相对隔水,降雨易于在土岩风化界面处形成上层滞水,浸润软化接触面处土体,减弱其抗剪强度;三是降雨形成坡面洪流,对坡体冲刷、侵蚀,掏蚀斜坡前缘、两翼和坡脚,降低斜坡稳定性。

8 结论

本文在资料收集、实地调查的基础上,通过对全县现有79处地质灾害点及历年地质灾害的综合分析,基本搞清了研究区地质灾害的形成条件及影响因素。研究区内地质灾害主要发育于侵蚀溶蚀峰丛洼地、谷地地貌区,构造侵蚀、剥蚀低山丘陵地貌区、侵蚀中低山地貌;在其他致灾条件相同的情况下,地质构造的发育程度会对灾害的发生有一定的控制作用;寒武系边溪组(∈b)、清溪组(∈q)和泥盆系唐家湾组(D2t)、桂林组(D3g)、桂林组-额头村组(D3g-e)为融安县的主要致灾地层;风化土层厚度对地质灾害的发生有直接影响,但崩塌基本上都发生在房前屋后和公路人工切坡上,所以崩塌体厚度不大;危岩与岩溶塌陷基本都为自然因素引起的地质灾害,而崩塌和滑坡,大多为人类活动引发的地质灾害,人类工程活动的加剧,导致地质灾害的发生增加;融安县地质灾害多发生在每年4 月~9月的雨季,以5 月份~8 月份最为多发,5 月~8 月的地质灾害发育数量占地质灾害总数的80%,其他月份发生数量较少。融安县的地质灾害基本上属于降雨诱发型,降雨为地质灾害发生的主要诱发因素。

本次的调查研究使广西融安县地区的地质灾害现状更加清晰,对该地区的地质灾害预警及防治工作提供了科学基础,促进当地环境与社会经济的协调发展。

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