福建省建甌市地質災害發育特征及形成機制

王 姣， 萬軍偉， 左 帥， 周 勇， 童曉榮， 黃 琨

(1.中國地質大學(武漢)， 湖北 武漢 430074； 2.福建省地質工程研究院， 福建 福州 350000)

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福建省建甌市地質災害發育特征及形成機制

王 姣， 萬軍偉， 左 帥， 周 勇， 童曉榮， 黃 琨

(1.中國地質大學(武漢)， 湖北 武漢 430074； 2.福建省地質工程研究院， 福建 福州 350000)

摘要:[目的] 分析建甌市地質災害發育特征及成因，以便進一步做好建甌市地質災害防災減災工作。 [方法] 在區域地質災害詳細調查的基礎上,分析建甌市地質災害的發育類型、規模、分布以及危害性等特征，總結區內地質災害的發育規律。針對地質災害的地形條件、地層巖性以及典型致災土體的土工試驗研究，結合對典型災害點的討論分析，確定建甌市地質災害的形成機制及土體抗剪強度特征。 [結果] (1) 建甌市地質災害以小規模滑坡為主，數量眾多，普遍表現為表層堆積土順基巖面滑塌的發育特點； (2) 區內地質災害多發的原因是由于多期次構造運動導致巖體破碎，易構成不穩定結構面組合，加之表層風化土體抗剪強度較低，在人為切坡及強降雨條件誘發下，導致了斜坡的變形破壞。 [結論] 建甌市地質環境條件較差，不合理的切坡易誘發滑坡。

關鍵詞：地質災害； 發育特征； 形成機制

地質災害是自然災害的一個重要災種，不僅給人類生命安全帶來威脅，而且對環境、資源、財產等均具有破壞性[1]。因此，研究區域地質災害的發育特征對防災減災工作具有重要意義。李明輝等[2]根據地質災害調查成果，研究了丹巴縣各類地質災害發育特點與成因；張洪信等[3]結合自然因素和人類活動特征，對貴州省安龍縣地質災害成因進行了分析，并提出了針對性防治建議。本文在建甌市野外地質災害詳細調查的大量數據基礎上，進一步統計分析、總結建甌市的地質災害發育特征，并對其成因進行探討，希望對該地區地質災害防災減災工作起到一定指導和參考作用。

1區域自然地理及地質環境概況

建甌市地處閩北腹地，轄區面積4 233 km2，屬亞熱帶海洋性季風氣候，每年3—8月為雨季，年降雨量在1 600~1 800 mm，主要河流為建溪，發育有3條支流。區內以丘陵地貌為主，東北高西南低，東北部為中低山區，西南部為低山、丘陵區，中部以河流階地、平原為主。在新構造作用影響下，山體剝蝕和河谷下切侵蝕作用強烈，V型峽谷發育、河流兩側山體陡峭。

斷裂構造遍布全區，地層呈條帶狀或片狀沿主要構造線北東向(NE)和北北東向(NNE)展布，巖體支離破碎，結構面發育。地層以前震旦系變質巖為主，主要巖性為黑云石英片巖，經歷多期次構造后，巖體層理、片理發育；其次為燕山期花崗巖，呈巨厚層狀構造，局部區域由于構造作用巖體碎裂；其他巖性包括凝灰巖、粉砂巖等均有不同范圍的分布。結合調查區工程地質巖組的特征，將巖土體劃分為6種類型(附圖12)。區內巖石風化強烈，普遍形成上部土體、下部基巖的二元結構斜坡或單層土質結構斜坡。

2地質災害發育特征

2.1　地質災害類型及規模

區內地質災害極為發育，呈現小型、多樣的基本特征，而且類型亦較多。根據表1中統計結果可以看出，滑坡是區內最主要的地質災害，其次為不穩定斜坡，發育規模均以小型為主。以下主要針對滑坡、崩塌及不穩定斜坡3類地質災害進行討論。全市目前共發現滑坡隱患點78處，占災點總數的57.35%，按滑坡的物質組成、滑床深度進行統計分析(如圖1所示)，表現出以下幾方面特征。

(1) 滑坡規模以小型滑坡居多，占滑坡總數的94.0%，其中以小一型(1～105m3)和小二型(0.1～104m3)為主；中型滑坡(10～106m3)僅發育5處。

(2) 滑坡體組成成分類型大部分為土質，多為淺層滑坡，表層殘積土體是主要致災體；滑坡產生的位置多為房前屋后，多由于人為因素誘發，主要是人工邊坡的不合理開挖產生的牽引式滑坡。

表1　建甌市各類地質災害類型規模

圖1　建甌市滑坡類型分布

全市共查明不穩定斜坡41處，與滑坡相似，多由于前緣不合理人工切坡引起斜坡變形。具有以下發育特征：多發生在土質斜坡中，潛在致災體主要為表層殘積土，厚度約3~6 m，規模全部為小型(面積<1.00×104m2)；如圖2所示，斜坡穩定性普遍較差，大部分處于不穩定狀態，并在近5年來普遍出現斜坡面鼓漲變形、斜坡開裂、后緣拉張裂縫等變形特征。

圖2　建甌市不穩定斜坡類型分布

區內共發育崩塌隱患點15處，其中以土質崩塌為主，發育12處，巖質崩塌3處，規模均較小，僅1處為中型(10～104m3)外，其他全部為小型(<104m3)。

2.2　地質災害時、空間分布特征

在時間分布特征方面，建甌市地質災害發生的數量與降雨量之間表現出一定的一致性。如圖3中所示，災害主要發生于特大暴雨集中的月份，以5—7月份暴雨季節地質災害發生頻率最高。

地質災害的空間分布主要與2個因素相關，一是自然地質環境條件的控制，二是受人類工程活動的影響。在地理位置分布上(如圖4中所示)，除建安街道外，各鄉鎮均有災點分布，其中甌寧、芝山、迪口、南雅、房道等鄉鎮災點分布密度最大。

圖3　建甌市地質災害分布與月份、月降雨量關系

圖4　建甌市各鄉鎮地質災害點密度

在巖性空間分布特征方面，災害點的分布與母巖巖性間體現出了明顯的相關性，主要分布于節理裂隙發育、風化強烈變質巖區域內，分布密度達0.046處/km2，高于巖漿巖、沉積巖區域(見表2)。

表2　地質災害與母巖關系

總體來講，本區災點的分布特點可大致分為以下2類：一類集中分布于中低山區域，河流深切，地形起伏陡峭，山體坡度一般大于30°，并且邊坡常具有上部土體、下部基巖的二元結構，在極端氣候條件下易誘發邊坡失穩形成地質災害，例如房道、迪口、龍村等鄉鎮，地形、地質條件較差，是導致地質災害發生的主要因素；另一類集中分布在地形較緩的丘陵和平原地區，災害點常分布于斜坡高約20～50 m，坡度25°～35°的凸形或直線坡中，并且有93%的斜坡坡腳存在人工切坡現象，雖自然條件相對較好，但開挖邊坡建房、修建高速公路等使斜坡穩定性發生改變，例如甌寧、芝山、通濟街道等區域，人類活動形成大量的人工邊坡，加之暴雨的誘發，是該區地質災害多發的主要因素。

3地質災害成因分析

3.1　內部因素

地質災害的形成是地質作用與不合理人類活動共同作用的結果，其影響因素可分為內部因素和外部因素兩類[2]。影響建甌市地質災害產生的內部因素主要包括斜坡巖體結構與地質構造、土體類型以及地形地貌3個方面。

3.1.1巖體結構與地質構造斜坡巖體結構與構造作用是決定斜坡抗滑力、穩定性的根本因素，巖體的工程性能強度以及抗風化能力等，多數是受巖體性質及結構面控制。

軟硬相間的層狀變質巖是本區出露面積最廣的巖體，由前震旦系建甌群松源組(AnZs)、大嶺組(AnZdl)、龍北溪組(AnZl)組成，其巖性主要為黑云石英片巖，多呈層狀、片狀構造，部分透鏡體狀，在吉陽、房道、迪口等地區均有出露。變質巖抗風化能力較低，由于地層時代老，區內變質巖風化程度高；區域構造運動強烈，多期次構造運動導致斷裂、裂隙發育，發育多組不同方向結構面，結構面間距通常小于1 m，大大降低了巖體的完整性及力學強度，一旦坡腳切割形成臨空面，則易構成不穩定的結構面組合。同時當構造面與坡向相同時，則易產生順向不利結構面，從而易形成地質災害。

塊狀堅硬巖漿巖巖組作為本區次要出露巖類，主要為燕山期(γ5)和加里東期(γ3)花崗巖，結構完整，巖體強度較高，常形成中低山陡峭地貌。但在構造影響劇烈的斷層破碎帶，巖石風化強烈，強風化帶常呈土狀或碎裂狀，穩定性較差，易引起小規模的巖質崩塌。

區內還出露軟硬相間的層狀沉積巖巖組，白堊系下沙統沙縣組(K1s)、三疊系上統大坑組(T3d)以及侏羅系下統梨山組(J1l)等地層組成，巖性主要為泥巖、粉砂巖夾泥巖、含礫砂巖等。由于巖組普遍具有層面裂隙和構造裂隙雙重結構面，巖層軟硬相間，又以軟質巖居多，常見發育有層間錯動面，較易使邊坡產生崩塌、滑坡。

3.1.2土體類型與性質由于獨特氣候條件及構造條件，基巖風化強烈，自然斜坡表層為全風化殘積粉質黏土、砂質黏土，土層厚度2~10 m不等。尤其在變質巖區域，由于節理裂隙發育，局部區域土層厚度大于20 m，土體下層為基巖強風化帶，常呈土狀或碎裂狀，一般厚度3~5 m，這種上層土體、下層基巖的二元結構斜坡接觸面普遍發育為順坡向結構面，土體與下伏巖石的分界面構成陡傾角下硬上軟的易滑結構，常沿接觸面產生滑動，是導致變質巖區域地質災害多發的重要原因之一。

根據統計，區內致災體多為表層殘坡積土，而土體黏聚力C，內摩擦角Φ值是表征土體抗剪強度的重要參數，為了查明區內各類型土體的力學性質，選取8個發育于不同巖性區域內的典型災害點(見表3)共取48個原狀土樣采用反復直剪和飽和快剪2種方法，分別求取土體在天然狀態和飽和狀態下的C，Φ參數，并根據參數繪制土體抗剪強度τ和法向應力σ關系曲線(如圖5—6所示)。

表3　土工試驗野外取樣基本信息

注：圖中①—⑧為土樣編號，表示意思同表3。下同。

圖6　不同巖性土體飽和條件下抗剪

從表3中可以看出，各類基巖殘積土體主要以砂質黏土為主，C值小，黏聚力低，同時滲透性好，雨水易于入滲并在土巖接觸界面匯聚、滲流，進一步導致接觸界面土體軟化變形；通過對比圖5不同巖土體天然強度包線可知，3類變質巖AnZl(①)、AnZdl(④)、AnZs(⑤)以及火山巖J3n(⑧)風化土體，其抗剪強度包線相對區內其他土體較小，土體抗剪強度相對較差，而砂巖K1s(⑥)以及J1l(②)風化形成的坡積粉質黏土，強度均比其他殘積砂質黏土高；通過對比圖5—6土體強度包線發現，飽和條件下，抗剪強度與天然情況相比大幅降低，C值大約減小一半，其中變質巖AnZl(①)、砂巖J1l(②)、侵入巖γ3(③)風化土形成的斜坡體在暴雨工況與天然工況下相比，C值受降雨影響作用較大，而火山巖J3n(⑧)風化土體C值受降雨影響較小。

3.1.3地形地貌地形地貌對斜坡穩定性的影響主要表現在其坡面的應力分布和匯流作用的不同，本區地貌類型主要為丘陵和中低山地貌，由于新構造運動影響，坡體陡峭，丘陵區坡度一般30°左右，中低山區斜坡坡度30°～45°之間，普遍大于土體的天然休止角，加之溝谷縱橫，切割深度大，在天然條件下斜坡巖土體一般已達到或接近極限平衡狀態，因此在強降雨條件下，通過斜坡的匯水作用，易形成坡面徑流，沖刷改造斜坡，導致斜坡失穩。

另一方面，地形特征也一定程度上決定了災害體的發育規模，由于區內主要為丘陵地區，山體規模小，斜坡內部應力分布相對于高山、中山區域的值較小，加之匯水面積及提供的動力條件有限，因而其一旦變形、破壞，巖土體滑塌產生的沖擊力相對于連綿起伏的高山地貌也較小。因此，建甌市地形地貌條件也決定了本區內地質災害規模小，危害性較小的特點。

3.2　外部因素

外部因素包括人為因素、地表水和大氣降水作用等，當其破壞地質體內部的平衡狀態時，容易誘發地質災害。

3.2.1人類活動建甌市與地質災害密切相關的人類工程活動主要包括削坡建房、竹林開發、道路修建3方面。建甌市屬農業城市，隨著農村人口和農民收入的不斷增加，適宜建房用地不足，因此村民依山建房、削坡建房(屋后)現象十分普遍。據調查，91%的地災點斜坡前緣存在著人工削坡行成的高陡臨空面，削坡高度大多為5～12 m，切坡坡度達60°以上，坡腳與房屋的距離往往在2 m以內，甚至將邊坡作為房屋后墻，邊坡未采取支護措施。而同時建甌市為著名的“筍竹之城”，屋后往往是不利于固土護坡的毛竹林，這些都是造成邊坡不穩定的因素。

另一方面隨著建甌市經濟的發展，道路建設需求增加，但由于資金、技術、時間等原因，公路修建過程中不合理切坡現象大量存在，在兩側形成大量高陡邊坡，又未及時采取有效的防治措施，造成不穩定邊坡隱患，在持續強降雨等情況下經常出現各類不同規模的滑塌溜方，從而嚴重影響正常的交通運輸。

3.2.2降雨降雨是觸發各類地質災害的重要因素，主要是通過地表水及地下水對斜坡土體及不利結構面的作用對斜坡的穩定性產生影響[5]。其包括以下幾方面：軟化作用，降雨使巖土體強度降低，尤其是對于土質斜坡，其對土體強度的改變更為明顯，隨著土體含水量的增加，土體抗剪強度降低，C，Φ值下降，抗剪強度大大降低；沖刷作用，地表水對坡腳和臨空面的沖刷，為滑坡的發生提供了條件；動水壓力、靜水壓力、浮托力等，降低了滑體的抗滑能力，并使有效應力減小。因此，降雨對滑坡等災害的產生具有重要的影響。

3.3　典型案例分析

如前文2.2中所述，建甌市地質災害主要發育特征體現2類特點，第一類主要是由于地形、地質條件本身較差限制，在降雨作用下誘發災害，如房道、迪口、龍村等鄉鎮；而第二類災害點本身自然地質條件良好，但由于不合理的人類活動導致斜坡穩定性改變，從而誘發災害，如甌寧、芝山、通濟街道等區域。下面選取龍村鄉龍溪滑坡以及甌寧街溪口滑坡作為2種類型的典例進行分析，滑坡基本力學參數如表4中所示。

表4　滑坡基本參數概況

龍溪滑坡發育于北部中低山區域，作為第一類災害點的典例，由于斜坡本身形態特征，應力在坡肩、坡腳處已接近或達到極限狀態。表層土體為AnZs全風化殘積砂土，其黏聚力小，抗剪強度低，使得斜坡在坡肩處產生剪切裂縫，表層土體沿底部軟弱基座向斜坡前緣發生蠕變，導致坡腳民房墻體變形外鼓(見圖7)。根據表4中試驗參數，利用理正巖土軟件，采用傳遞系數法對滑坡穩定性進行穩定性計算分析。通過計算得：斜坡在天然情況下穩定系數為1.013，處于欠穩定狀態；暴雨工況下穩定性系數為0.913，處于不穩定狀態。可見斜坡本身穩定性已較差，在暴雨條件下，土體飽和抗剪強度明顯減小，達到不穩定狀態。因此，自然地質環境條件差，加之降雨影響，是這類滑坡失穩的主要原因。

圖7　龍溪滑坡剖面示意

溪口滑坡位于地形地貌條件相對較好的市區內河谷地貌區域，作為第二類典例，本身坡形結構較穩定，同時K1s風化土體天然抗剪強度相對于其他類型土體較高，天然條件良好。但斜坡前緣由于削坡建房形成了高約7 m的臨空面，使斜坡的結構發生了改變(如圖8所示)，斜坡在2012年6月失穩產生滑坡。同樣對斜坡進行定量計算得：斜坡切坡前，天然穩定系數為1.361，處于穩定狀態；暴雨工況穩定系數為1.308，處于穩定狀態；斜坡切坡后，在天然情況下穩定系數為1.033，處于欠穩定狀態；暴雨工況下穩定性系數為1.002，處于不穩定狀態。

圖8　溪口滑坡剖面

可見，倘若不存在人為削坡影響，溪口滑坡的斜坡天然穩定性好，不會發生破壞，而前緣削坡使其穩定性發生了質的改變，處于欠穩定狀態；另一方面，同等條件下，降雨對穩定系數造成的變化值，與同等工況下切坡前后穩定系數的變化值相比，降雨雖有影響但遠比不上前緣切坡的作用。因此可見，人為切坡是溪口斜坡穩定性變化，最終產生滑坡的直接原因。

4結 論

本文在大量野外地質災害詳細調查工作數據的基礎上，對建甌市區域地質災害發育類型、規模、分布

特征以及成因進行了研究，主要結論與建議如下。

(1) 福建省建甌市地質災害發育類型主要為滑坡、不穩定斜坡及崩塌3類，其中滑坡是最主要的災害類型，災害主要分布于區內西南部，東北部災點相對較少，發育特征為數量多，規模小，以損毀房屋、堵塞公路為主。

(2) 區內地質災害成因主要是：多期次構造運動致使巖體節理、裂隙發育，易構成不穩定結構面組合；表層土以殘坡積砂質黏土為主，C值小，黏聚力低；區域地形較陡，天然條件下斜坡巖土體一般已達到或接近極限平衡狀態；人為切坡及降雨條件誘發，導致斜坡變形破壞。

(3) 建甌市地質災害成因特征可分為以下2類：第一類主要受本身地形、地質條件較差限制，在降雨作用下誘發災害，如房道、迪口、龍村等鄉鎮；第二類災害點本身自然地質條件良好，但由于不合理的人類活動導致斜坡穩定性改變，從而誘發災害，如甌寧、芝山、通濟街道等區域。研究區災點成因普遍屬于第二類人類活動誘發，建議相關部門完善建設用地的審批管理，同時加強群眾防災意識。

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Development Characteristics and Formation Mechanism of Geological Disasters in Jian’ou City, Fujian Province

WANG Jiao, WAN Junwei, ZUO Shuai, ZHOU Yong, TONG Xiaorong, HUANG Kun

〔1.ChinaUniversityofGeosciences(Wuhan),Wuhan,Hubei430074,China;

2.GeologicalEngineeringInstituteofFujianProvince,Fuzhou,Fujian350000,China〕

Abstract：[Objective] To analyze the development characteristics and formation mechanism of geological disasters in order to improve the prevention and control of geological disasters in Jian’ou City, Fujian Province. [Methods] Based on the detailed investigation on geological disasters, through the analysis of the geological disaster development type, scale, distribution and damage features of Jian’ou City, the development rule of geological disasters was summarized in the area. According to the formation conditions and inducing factors of geological hazards, with the analysis of typical disaster, the formation mechanism and different shear strength characteristics were identified. [Results] (1) The characteristics of the disaster which developed in a large numbers of small scale landslide were summarized, and general performance of the soil collapsed along the bedrock surface; (2) The causes of geological disaster include the following points: firstly, the frequent tectonic movements resulted in a broken rock mass in the area which contained unstable structural plane combinations. Secondly, due to the low shear strength of soil on the surface of the slope, slope destruction would be easily induced under artificial cut slope and rainfall conditions. [Conclusion] The condition of geological environment in Jianou City is poor, and unreasonable cutting slope is easy to induce landslide.

Keywords:geological disasters; development characteristics; formation mechanism

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)03-0267-06

中圖分類號：P694

通信作者：黃琨(1984—)，男(漢族)，湖南省衡陽市人，博士，副教授，主要從事水文地質與工程地質方面研究。E-mail：cugdr_huang@163.com。

收稿日期：2014-03-13修回日期：2014-04-18

第一作者：王姣(1989—)，女(漢族)，四川省雅安市人，碩士研究生，主要從事地質災害方面研究。E-mail:guoigo@163.com。