巧家縣城及后山斜坡地質災害發育特征與工程地質分區

陳友生

(成都理工大學 環境與土木工程學院，四川 成都 610059)

0 引 言

云南巧家縣城(白鶴灘鎮)位于金沙江右岸，地理位置為東經102°54'，北緯26°54'，距離白鶴灘水電站壩址40 km，是白鶴灘庫區最大城鎮.縣城主體建筑分布在海拔780 ～1 000 m 之間，海拔在640 ～780 m 之間為人口較密集的村落.巧家縣屬典型的亞高山深切割地貌，新構造運動強烈，主要有金沙江深大斷裂、小江深大斷裂、則木河斷裂、五蓮峰斷裂及次級斷裂發育.巧家縣城及后山斜坡整體地勢東高西低，地形陡緩相間，呈現出明顯的滑坡地形——圈椅狀地形，由陡峭的后壁，側壁及其以下的斜坡組成［1－3］.在建的白鶴灘水庫建成以后，正常蓄水后水位變幅在海拔765 ～825 m 之間，縣城及周邊將被淹沒，因此要修建安置區對大量的人口進行安置，由于巧家縣城后山獨特的地質環境，要保證安置區選址的合理性以及房屋建成后的整體穩定性，厘清場地的工程地質條件將是一項首要開展的重要工作［4－5］.本研究通過對巧家縣城及后山斜坡進行詳細地質調查，對地質災害的發育特點和發育規律進行了總結，并據此提出了巧家縣城及后山斜坡工程地質分區評價.

1 巧家縣城及后山斜坡災害發育特點

2014年8月3日云南昭通魯甸發生5.1 級地震后，巧家縣發現新增多個地質災害隱患點.通過對縣城周邊斜坡地質災害進行實地調查，共查出地質災害及隱患點37 處，其中崩塌14 處，滑坡12 處，泥石流4 處，不穩定斜坡7 處，其中具有威脅對象的有17 個，主要分布于海拔1 200 m 以下縣城周邊區域.

1.1 滑 坡

研究區域滑坡有2 種類型:第四系堆積體滑坡和基巖滑坡.鉆孔揭示巧家后山海拔1 000 m 以下至金沙江邊均為深厚(厚度達數十米至約300 m)的沖洪積層，海拔1 000 m 以上為出露基巖.本次調查的12 處滑坡中，僅有1 處為巖質滑坡，其余11 處為堆積層滑坡.巖質滑坡位于迤博村4 社，N26°53'48.75″，E102°56'58.57″處.該滑坡出露基巖為強風化白云質灰巖，節理裂隙發育，巖石破碎，坡面順層，前部有一采石場，開挖石方爆破震動巖體，開挖后坡體高陡且無支擋，引起坡體產生順層面蠕滑.其余11 處堆積體滑坡分布于海拔700 ～1 000 m 的區域，為后山與縣城陡緩交界區域，地形坡度為15 ° ～25°，由山前洪積物和金沙江沖積物湖相沉積物交互沉積而成.洪積物主要為全風化玄武巖碎礫石、混合土碎礫石，階地沖積物主要由砂、卵礫石和粉土等組成.該區域位于小江斷裂帶最北端，構造活動強烈，人類活動頻繁，如公路修筑，房屋建設，濫砍濫伐等，導致地表破壞嚴重，雨水下滲通暢.該區域滑坡均為推移式滑坡，且為淺層滑坡，滑體厚度一般為5 ～10 m，規模為大多為中小型，方量為5×103～150×103m3.

1.2 崩 塌

研究區域14 處崩塌中，有1 處為土質崩塌，其余13 處為巖質崩塌.土質崩塌發育于迤博8社安置區背后的人工邊坡，該邊坡坡長約150 m，坡高約10 m，坡度50 ° ～60 °，坡體為第四系殘坡積塊碎石土.由于修建安置區房屋開挖人工邊坡切削坡腳而未做加固處理，導致擾動松散的塊碎石土發生垮塌，方量約100 m3.巖質崩塌主要發育于金沙江岸坡4 條泥石流溝溝壁，以及古滑坡體后緣及側壁.金沙江岸坡崩塌點巖性為砂巖、板巖，風化強烈，節理裂隙發育，巖體破碎.該崩塌危巖體為修建公路開挖邊坡形成，由于邊坡陡峭，節理裂隙發育，在降雨、地震等因素作用下，易沿卸荷裂縫或不利組合面(線)發生垮塌.后山斜坡主要發育4 條泥石流溝，溝壁陡峭，出露基巖主要為二迭系下統茅口組、棲霞組、梁山組灰巖，白云質灰巖，強風化，節理裂隙發育，巖體破碎，溝壁頂部往往發育大量卸荷張拉裂縫，導致危巖體易沿著節理裂隙以及巖層面發生滑移、墜落.古滑坡體后緣及側壁坡壁綿延數公里，高100 ～300 m，出露基巖為泥盆系中統幺棚子組(D2y)泥砂質白云巖、灰巖夾粉砂巖、頁巖組成灰巖，中統峨眉山玄武巖(P2β)，巖層傾角約5 °～20 °緩傾坡外，節理裂隙發育，傾角50 °～75 °.層面和節理裂隙將基巖切割成塊狀，且坡頂往往發育大量卸荷裂縫，整個后緣及側壁發育11個崩塌點，類型主要為滑塌式和墜落式.

1.3 不穩定斜坡

研究區域不穩定斜坡主要位于海拔700 ～1 200 m的陡緩交界地帶，均為土質斜坡，多發育于公路，采石場上部斜坡，坡度約20 ° ～30 °，土體松散，植被以草類為主，根系不發達，加之人工切削坡腳，使坡體達到失穩臨界狀態.此外，該斜坡后緣發育大量張拉裂縫，前緣局部鼓脹，公路邊坡變形，規模均為中小型.

1.4 泥石流

巧家縣城后山主要有4 條泥石流溝，調查發現，近20年來，縣城后山未爆發過泥石流災害.目前，溝道內植被茂密，以灌木叢為主，僅溝口采石場及溝道內公路兩側斜坡發育少量物源，總體來講物源量稀少.據此判斷這4 條泥石流溝已經處于老年期，不易爆發泥石流災害.

2 巧家縣城及后山斜坡災害分布特征

2.1 地質災害的分布與地形地貌的關系

巧家縣城斜坡整體地勢東高西低，后山斜坡陡緩相間，緩坡上又可分為多級陡緩相間的臺坎.海拔為2 100 ～2 300 m、1 600 ～1 800 m、1 100 ～1 300 m及900 ～1 000 m 為坡度為25 ° ～30 °的陡坡;海拔2 300 ～2 600 m、1 800 ～2 100 m、1 300 ～1 600 m、1 000 ～1 100 m 及900 m ～江邊的區域為5 ° ～15 °的緩坡.在海拔700 ～1 000 m 的范圍內，坡度15 °～25 °，為縣城和后山斜坡陡緩交界地帶，主要發育滑坡和不穩定斜坡災害，其中，崩塌、滑坡、不穩定斜坡分布于海拔1 000 m 以下21 處，分布于七里村、黎明村、黎明新村和迤博村，坡度一般為15 ° ～20°，其中坡度最大的為葫蘆口大橋崩塌，坡度70 ～80°;分布于海拔1 000 ～1 300 m 的6 處，坡度一般為15 ° ～25 °;分布于海拔1 800 ～2 000 m 的有1 處，坡度為20 °.古滑坡后緣的崩塌帶，分布于海拔2 600 m 處，坡度為50 ° ～75 °.

2.2 地質災害的分布與巖土性質的關系

地層巖性是地質災害產生的物質基礎.巧家縣城斜坡位于近南北向的水坪子背斜西翼，軸部地層為泥盆系中統么棚子組(D2y)，由中層塊狀泥砂質白云巖、灰巖夾粉砂巖、頁巖組成，底部為黃綠色泥質石英砂巖、灰質頁巖、紫紅色頁巖互層.翼部為二迭系下統茅口組、棲霞組、梁山組(Pl)和中統峨眉山玄武巖(P2β)組成.基巖一般分布于海拔1 000 m 以上的區域，巖層基本順坡，產狀一般為N 0 ° ～30 °、W/SW/10 ° ～40 °，節理裂隙發育，巖體破碎.因此，在古滑坡后緣崩塌帶，幾條泥石流溝的陡峭溝壁上均發育有一定規模的崩塌、滑坡以及不穩定斜坡，其滑面為順強風化于中風化的分界層面或節理裂隙組合面.海拔1 000 m 以下縣城周邊緩坡由山前洪積物和金沙江沖積物湖相沉積物交互沉積而成，洪積物主要為全風化玄武巖碎礫石、混合土碎礫石、碎石混合，階地沖積物主要由砂、卵礫石和粉土等組成，堆積密實，湖相沉積物主要為黏土層、砂層組成.主要發育中小規模的滑坡和不穩定斜坡.

2.3 地質災害的分布與地質構造的關系

地質災害的形成于地質構造關系密切，在斷層帶等構造復雜區域，地質構造對地質災害的控制性作用更加明顯.研究區域新構造運動強烈，主要有金沙江深大斷裂、小江深大斷裂、則木河斷裂、五蓮峰斷裂及次級斷裂發育，地形地貌，構造格架主要受區域性斷裂帶控制.通過對本次調查的地質災害隱患點分布情況與地質構造分布的對比分析發現，災害點主要沿斷裂帶分布，巧家縣為地震多發區，基本烈度為Ⅷ度，多個隱患點在魯甸地震后變形迅速增大.

2.4 地質災害的分布受人類工程活動的影響

人類活動對地質災害的發育有重要影響.本次調查的災害點多發育于海拔700 ～2 000 m 的區域.這一帶是人類活動密集的地方，如公路修筑、房屋建設、開礦采石及濫砍濫伐，其結果都是破壞植被，人為制造坡體臨空面，造成坡體松散開裂，也為雨水下滲提供通道，故地質災害十分發育.而海拔2 000 m以上的區域人類活動較少，植被茂密，坡體完好，雨水下滲通道較少，雖然降雨量較大，但災害點較少.在37 處崩塌，滑坡，不穩定斜坡災害點中，有26 處受人類工程活動控制或影響.

2.5 地質災害的分布受降雨影響

降雨是誘發地質災害的主要因素之一.降雨對滑坡的影響主要表現為:降雨沿坡面流動或入滲到坡體，增大坡體重量，增大下滑力，降低巖土體內聚力;當坡體內有隔水層時，聚集在隔水層處的水將降低隔水層上部土體抗剪強度;水沿隔水層向坡面外流動時，產生指向坡外的動水壓力.巧家縣城周邊多年平均降雨量為801.5 mm，隨高程增加降雨量逐漸增大，海拔2 600 m 區域降雨量增大到縣城周邊降雨量的1.8 倍.巧家縣雨季(5 ～9月)降雨約占全年89.5%.本次調查的災害點多在7 ～8月產生或變形迅速增大，雨季的變形量大于全年變形量的80%.

3 巧家縣城及后山工程地質分區評價

考慮到影響工程地質條件的因素的多樣性和復雜性，本研究利用ArcGIS 分析工具對巧家縣城及后山工程地質分區進行分析比較.其分析步驟為:①確定評價指標;②根據指標信息，建立柵格數據圖層;③基于層次分析法進行指標權重賦值;④利用Arc-GIS 的空間分析功能進行疊加計算;⑤根據得到的綜合圖像柵格的范圍，對圖像進行重分類處理，得到最終的分區圖像.

3.1 評價指標的選取

根據地質災害的發育特點和分布規律，選取以下6 個因子作為評價指標.

1)坡度(地形地貌).巧家縣城周邊及后山為陡緩相間的地形，出露的基巖基本為順坡向，因此對地形地貌主要考慮坡度條件，不再考慮坡向因素.研究區域的坡度最大約80 °，將坡度分為如下5 個級別:0°～8 °，8 °～15 °，15 °～25 °，25 °～40 °，40 °～80 °.

2)工程地質巖組.工程地質巖組是地質災害發育的物質條件.本研究將工程地質巖組劃分為5 類:沖洪積類，主要為縣城及周邊區域;崩坡、殘破積類，主要分布于后山海拔1 400 ～1 000 m 范圍;古滑坡體，為后山古滑坡圈界范圍內的區域;相對硬質巖類、即灰巖、白云巖、玄武巖、砂巖以及它們的組合地層;相對軟巖類，黏土巖、頁巖、泥巖、板巖以及它們的組合地層.

3)地質構造.地質構造因素主要考慮發震斷裂帶的影響距離，按距離斷層帶的距離劃分為5 個等級:0 ～200 m，200 ～500 m，500 ～1 000 m，1 000 ～2 000 m，2 000 m 以上.

4)人類活動.人類活動是地質災害的重要誘發因素.在研究區按距離公路和開采點的距離劃分為5 個等級:0 ～50 m，50 ～100 m，100 ～300 m，300 ～800 m，800 m 以上.縣城及周邊的公路填挖量小，不考慮其影響.

5)降雨.降雨對地質災害的發育有重要影響.根據搜集到的降雨資料，繪制了降雨等值線圖.將降雨量劃分為5 個等級:800 mm 以下，800 ～900 mm，900 ～1 000 mm，1 000 ～1 200 mm，1 200 mm 以上.

6)歷史災害點密度(不良地質現象).根據調查的研究區的地質災害點，按密度(個/km2)劃分為5個等級:0 ～0.5，0.5 ～2，2 ～4.5，4.5 ～6，6 ～7.5.

3.2 基于層次分析法的指標賦值

由于各指標對研究目標的影響不同，所以確定各指標的影響大小是工程地質分區中的一個重要環節.層次分析法(AHP)是一種將定性與定量相結合來確定各評價因子的合理權重的方法，具有層次性、系統性、代表性等特點.一般包括3 個步驟:①決策者對構成一個復雜問題的所有要素進行層次分解.②對這些要素在考慮它們之間內在關聯性的基礎上按規定給予一定的數值.③通過求解這些數值構成的矩陣得到因子權重.最后要進行一致性檢驗，當隨機一致性比率CR ＜0.1 時，一致性滿意;反之就需調整判斷矩陣，直到滿意.

巧家縣城及后山工程地質分區評價指標的取值如表1 所示.

3.3 利用ArcGIS 空間分析功能進行疊加計算

首先，將研究區域劃分為10 m ×10 m 的柵格，對每個評價指標建立相應的柵格圖層，每一個圖層中的每個柵格都獲得該指標相應的權值，利用Arc-GIS 的空間分析功能，對各圖層進行柵格疊加運算，計算后每一個柵格得到一個值，該值為所有評價指標在該柵格處的加權平均值，通過加權平均值的比較來實現對每一個柵格的評價.柵格代數計算的公式為，

式中，S 為柵格加權總和值;pi第i 個指標(第i 層圖像柵格)的權重;ωij為第i 個指標第j 分項的權重.

表1 巧家縣城及后山工程地質分區評價指標權重

3.4 計算結果及分區評價

經過計算，最后的到的柵格值的范圍為0.275～0.95，按自然間斷點法將其重新劃分為4 類，并相應賦予其工程地質評價等級:＜0.6，工程地質條件極差;0.6 ～0.7，工程地質條件差;0.7 ～0.825，工程地質條件一般;0.825 ～0.95，工程地質條件好.工程地質條件分區評價結果如表2、圖1 所示.

表2 工程地質條件分區評價結果

1)工程地質條件好區.主要分布于過境路以東至江邊的區域，以及野鴨塘，邱家灣子等地，占整個研究區域面積的19.5%.該區域適合人類生活居住，工業建設.

2)工程地質一般區.主要分布在縣城國境路以西至大坪、旱谷地、唐家山、黃葛村等地，占整個研究區域面積的31.6%，該區域比較適合人類生活居住，局部地區適合工業建設.

3)工程地質差區.主要分布于水碾河溝，石灰窯溝流域，以及古滑坡體上地勢陡峻的地方，占整個研究區域面積的30.4%.該區域不適合人類居住和工業建設，建議加強環境保護.

4)工程地質極差區.主要分布于古滑坡后緣及其周界，白泥溝、黑泥溝溝流域，葫蘆口以北的金沙江岸坡，山區公路及采石場，采礦點臨近區域，占整個研究區域面積的18.5%.該區域不適合人類居住和工業建設，建議加強對災害的監測和治理，加強環境保護.

圖1 工程地質條件分區評價圖

4 結 語

由于獨特的地質環境和水文條件，巧家縣城及后山斜坡地質災害具有獨特的發育特點，主要體現為:滑坡和不穩定斜坡主要分布在陡緩交界的第四系殘坡積、崩坡積層中，表現為推移式;崩塌主要受2 ～3 組不理結構面的控制，表現為滑塌式和墜落式;泥石流不發育.巧家縣城及后山斜坡地質災害的分布上受坡度、地層巖性、地質構造(發震斷裂帶)、降雨，人類工程活動等因素的影響，其中主要影響因素為人類工程活動、坡度、地質構造(距發震斷裂帶距離).同時，根據地質調查和地質災害的發育分布規律的總結，本研究據此提出了研究區域的工程地質分區評價及場地適用性建議.

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