皖南山區滑坡分類及形成機制研究

潘國林,洪天求,林桂香

(1.合肥工業大學 資源與環境工程學院,安徽 合肥　230009;2.安徽省公益性地質調查管理中心,安徽 合肥　230009;3.安徽省地質環境監測總站,安徽 合肥　230001)

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皖南山區滑坡分類及形成機制研究

潘國林1,2,洪天求1,林桂香3

(1.合肥工業大學 資源與環境工程學院,安徽 合肥230009;2.安徽省公益性地質調查管理中心,安徽 合肥230009;3.安徽省地質環境監測總站,安徽 合肥230001)

摘要:皖南山區是安徽省滑坡地質災害最為發育地區,且滑坡類型多樣、成災機制復雜。為建立一個適宜于該區的滑坡綜合分類體系,文章按照滑坡體的物質組成、結構特征和成因機制3個層次進行了分析。首先根據滑坡體的物質組成將其劃分為巖體、土體和古滑坡3個大類,再按坡體結構特征和成因機制進一步細分為6個小類,并分別對這些類型的滑坡特征和形成機制進行了研究,以期為該區的滑坡災害防治提供參考和借鑒。

關鍵詞:滑坡;安徽省;形成機制;分類

0引言

滑坡是特定地質環境條件下的產物,在自然界中具有獨自的形式和特征,基于這些特征對滑坡進行的分類則有助于對滑坡災害的認識和防治。目前,國際上關于滑坡運動的分類尚未形成統一認識,不同學者根據其研究目的的不同,提出過各種各樣的分類方案,但均未獲得公認[1]。我國鐵道、國土和水利等部門根據邊坡工程、災害防治等工作的需要,在制定的各類相關規范中均從滑坡的物質組成、坡體結構、滑坡規模、滑坡與地質構造關系、滑坡運動速度等方面對滑坡進行了分類,在其研究領域發揮了重要作用[2-4]。

皖南山區是安徽省地質災害最為嚴重的地區之一,滑坡災害隱患點占全省災害總數的60%以上。近年來,安徽省開展了大量的地質災害防治工作,并取得了很多重要研究成果[5-9],但滑坡分類混亂問題較為突出,給地方國土部門的地質災害防治工作帶來困難。因此,有必要建立一個較為清晰明了的滑坡分類系統。

1研究區地質環境特征

皖南山區位于安徽省南部,處于東經116.5°～119.5°,北緯29.5°～31.2°之間,包括黃山市全部、宣城和池州市大部分地區,面積達2.35×104km2左右。該區總體上屬于亞熱帶季風氣候,年降雨量一般在1 400～1 600 mm,集中在5—8月,地形地貌多樣,以山地為主,山地、丘陵、平原俱全。研究區地層屬揚子地層區,地殼深部殘存新太古代與古元古代地層作為變質基底,多為中元古代變質巖系。區內地質構造復雜,處于中國揚子板塊(或陸塊)下揚子臺塊南緣與江南陸緣隆起帶的過渡部位之東段[5]。區內斷裂以NE向和近EW向為主,對地貌及地質條件控制作用明顯。

研究區地質環境脆弱,每年均產生一定數量的滑坡,如圖1所示。

這些滑坡災害點由于受地層巖性、地形地貌、地質構造等內在因素控制和人類工程活動、強降雨等外在條件影響,在空間上具有成帶分布、集中出現和不均勻性等特點,在時間上主要集中于汛期強降雨時期。滑坡主要特征有:滑坡以小型為主,大型滑坡較少,小型滑坡占滑坡總數的94%左右;在海拔大于400 m、小于800 m區域,滑坡受九華山山脈、黃山山脈、白際山山脈影響,滑坡沿斷裂帶密集區域呈條帶狀分布;在海拔小于200 m河谷沖積平原、丘陵等地區滑坡分布密度小、規模多樣,局部發生中型滑坡。

圖1　皖南山區滑坡分布圖

2研究區滑坡基本分類

對研究區的滑坡進行分類,有助于認識滑坡、發現滑坡發生發展規律,滑坡分類因所依據的分類目的和原則的不同,分類方案各式各樣。因此,進行分類前需有明確的分類目的和原則,以便分類結果能為研究工作服務。

本文的分類目的在于:能根據分類方案對野外滑坡的特征進行快速地辨認區分,進而掌握此類滑坡的主要特征;能根據分類方案的內容了解滑坡的形成過程及破壞機理,進而可以對滑坡的穩定性進行初步評價;能根據分類方案的內容指導開展滑坡監測及預警工作。

為達到滑坡分類的目的,突出分類方案的科學性和實用性,在分類的過程中設定以下幾點原則:

(1)針對性。考慮巖土體結構特征、物理力學性質,為滑坡巖體變形失穩、形成機制服務。

(2)實踐性。建立在實踐的基礎上,對調查過程中遇到的典型滑坡按分類標準進行分類,再按類對該區滑坡進行歸納概括。

(3)代表性。每一種類型都應有唯一的判定條件。

(4)準確性,從滑坡定義出發,反映滑坡形成的本質。

(5)全面性。研究區所有滑坡均應有相對應的類型。

(6)可行性。分類方法簡單易行,在滑坡現場可快速做出判斷。

根據上述分類目的,分別按3個層次構建研究區滑坡綜合分類體系。

(1)第1層次。按滑坡體物質組成進行分類。研究區坡體物質組成主要有巖質滑坡、土質滑坡和古滑坡復活型滑坡3個大類。這里將古滑坡作為一類是考慮到古滑坡較為特殊,往往初次滑坡為巖質滑坡,后期又為松散堆積體(土質)的局部復活。

研究區內巖質滑坡的巖性主要為千枚巖巖組,砂巖巖組,白云巖、灰巖巖組和巖漿巖巖組；土質滑坡主要為碎石土滑坡。

(2)第2層次。按坡體結構進行分類,可分為層狀、塊狀和碎裂狀結構3類,根據巖體結構面與坡面之間的關系,又可進一步分為順層滑坡和反傾滑坡。

(3)第3層次。按滑坡形成機制進行分類，可分為滑移-(壓致)拉裂、滑移-彎曲、蠕滑-拉裂、滑移-拉裂和彎曲-拉裂等類。

具體分類形式見表1所列。

表1　皖南山區滑坡基本分類

3各類滑坡基本特征及形成機制

3.1巖質滑坡基本特征及形成機制

3.1.1滑移-(壓致)拉裂式順層巖質滑坡

該類滑坡所在斜坡的巖層特別是軟弱結構面的走向與坡面的走向相接近、傾向相一致,滑床基巖傾角一般以緩傾角產出,主要發育于研究區內沉積巖和變質巖(砂板巖、砂質千枚巖、千枚質砂巖)出露的山區,是研究區最主要的巖質滑坡類型。該類型滑坡在地貌形態上的典型特征為:滑坡后緣一般為表面覆蓋層較薄或基巖直接出露的巖質大光壁(滑坡壁);滑坡中部一般以平臺的形式出現,在平臺堆積體中偶爾夾有塊徑較大巖塊,有些滑坡中部由于差異滑動作用可形成多級滑坡平臺;滑坡的前緣堆積體方量一般較小、堆積坡高不大、坡度較平緩。

該類滑坡主要發生于層狀邊坡中,巖層層面一般平直光滑,巖體內部節理裂隙比較發育,巖土體物理力學性質較差。滑坡的形成演化主要受軟弱面控制,坡腳處由于切坡建房和修路等外在的人類工程活動影響,致使巖體應力釋放而產生卸荷回彈,向臨空方向發生剪切蠕變,同時在坡體后緣形成一個拉伸應變區,造成巖體強度減小和累進性破壞,在拉伸應變和彈塑性屈服的作用下,自坡面向深部發育近于垂直的拉裂縫。如遇強降雨天氣,在雨水的作用下,巖土體強度進一步降低,超靜孔壓使坡體內有效應力減小和坡體自重應力加大,促使節理裂隙進一步發育,當變形進入累進性破壞階段時,變形體開始明顯轉動,一旦形成貫通面,則將發生滑坡。

滑移壓致拉裂類滑坡的地貌形態和基本特征與滑移拉裂式順層巖質滑坡基本一致,但滑坡的形成和演化存在差異。該類滑坡主要發育于坡度中等至陡的平緩層狀體斜坡中,邊坡開挖形成臨空面后,在上覆巖體自重應力的作用下,坡體沿著平緩結構面向坡前臨空方向產生緩慢的蠕變性滑移,滑移面的鎖固點或錯列點附近則形成應力集中,這些應力集中反過來進一步造成裂隙增加,生成與滑移面近于垂直的拉張裂隙帶,向上擴展并最終形成與最大主應力方向趨于一致的貫通滑移面,產生滑坡。

3.1.2彎曲-拉裂式反傾巖質滑坡

反傾巖質滑坡是指巖層走向與坡面走向接近一致,而傾向與坡面傾向相反的滑坡,此類滑坡的形成與斜坡體巖性軟弱程度、單層巖體厚度等密切相關。該類滑坡主要發育于薄層狀的板巖、片巖、板巖與薄層狀的砂巖等巖性或巖性組合中,具有明顯的滑坡地貌特征,但其后緣滑坡壁一般沒有順層滑坡明顯。滑坡體中部一般以平臺形式出現,規模不大,呈多級式發展。滑坡體前緣由于巖體鎖固及大型巖塊支擋作用,堆積體表現出高、陡的形態特征。滑坡一般方量差異較大,當折斷貫通面發生在巖體深部時可形成巨型滑坡,而當折斷貫通面發生在巖體淺表部時,滑坡方量則較小。天然條件下這類斜坡具有較好的穩定性,而在降雨和切坡建房、修路等人類工程影響下,坡體發生破壞變形和失穩現象。

該類滑坡主要發生在陡傾-直立的層狀邊坡中,反傾巖體受重力作用影響,向臨空方向作懸臂梁彎曲,巖層中薄層狀的板巖、片巖等具有“柔性”特點的巖層發生彎曲,同時伴有錯動和拉裂現象,經過很長時間的孕育演化或坡腳人工開挖作用,拉裂面則向深部擴展和坡后推移,最終因巖體劇烈彎曲,根部折斷、壓碎,導致斜坡整體失穩。

3.1.3蠕滑拉裂式碎裂狀巖質滑坡

碎裂狀巖石滑坡是指組成滑體的巖體在斷層附近、褶皺核部等,由于受構造作用而形成的嚴重破碎的構造破碎帶,或在重力作用下,由于變形傾倒和蠕滑拉裂而形成的破碎巖體。該類滑坡體坡面節理裂隙密集,裂隙面間距普遍小于20 cm,巖體呈碎裂狀,甚至散體狀,主要發育于頁巖巖組地層中。滑坡方量一般較小,主要由人為不合理切坡建房誘發淺表層碎裂巖體溜滑。該類滑坡主要以小規模的垮塌、淺表層溜滑為主,在地形地貌上并未表現出滑坡的典型地形地貌特征。由于巖體內部裂隙極為發育,巖體呈碎裂-散體狀,在天然工況條件下,穩定性一般,有發生垮塌、淺表層溜滑的可能。在極端天氣和人類工程活動(切坡建房、修路等)作用誘發下,坡體穩定性差,發生垮塌、淺表層溜滑的可能性極大。

該類滑坡主要發育于坡體淺表層的碎裂巖體中,由于人工開挖改變了坡體原來的應力條件,后期由于人工切坡和降雨入滲等作用,巖體的強度降低,從而產生滑坡。滑坡的形成演化一般經歷了3個階段,第1階段由于坡體前緣坡腳開挖,坡面的徑向應力和坡頂面的切向應力可轉為拉應力,形成張力帶,因而在這些部位的巖體被拉裂形成與坡面近于平行的拉裂面。第2階段由于受強降雨天氣影響,雨水通過裂縫下滲,促使拉裂縫繼續向坡體內部發育,同時減弱了坡體表部的碎裂巖體抗剪強度,使得整個斜坡產生了蠕動變形。第3階段變形發展過程中,受最大剪應力面分布狀況的控制,破壞面沿張拉裂縫發展為潛在剪切滑移面,蠕變進一步加劇,前緣部分巖體出現松動、垮塌,滑移面逐漸貫通,最終形成滑坡。

3.1.4滑移拉裂式塊狀巖質滑坡

該類滑坡主要發育于如灰巖、硅質巖、花崗巖等硬質巖地層中,與巖體內部結構面的發育密切相關,滑坡規模一般較小,但軟弱結構面發育時,也可產生大規模的塊體失穩型滑坡。在地形地貌上,該類滑坡不具有典型的滑坡地貌特征。由于結構面的切割作用,該類滑坡主要表現出類緩傾、順層巖質滑坡的特性。在天然工況條件下,坡體穩定性較好,但受人類工程活動影響和降雨等外在因素觸發下,坡體的穩定狀態將會惡化,易于發生類似層狀巖體的巖質滑坡。

3.2土質滑坡基本特征及形成機制

該類滑坡最主要的類型為蠕滑-拉裂式堆積體滑坡,堆積體物質組成主要為殘坡積土、古崩塌或古滑坡堆積以及硬巖全風化物等成因形成的碎石土。這類堆積體由于碎石和黏粒等的含量變化、母巖成分不同,含水量、飽和度等狀態不同,材料物理、力學特性差異較大、巖土體工程地質特征復雜。當含碎石量較大時,沒有比較典型的滑坡地貌特征,僅表現出局部的滑塌變形、不均勻沉降變形的地貌特征;當堆積體以細顆粒為主,碎石含量較少時,具有典型的滑坡“圈椅狀”地貌特征,后緣拉裂縫發育,滑坡壁明顯,前緣鼓脹隆起,鼓脹裂隙發育。

這類滑坡主要破壞模式為蠕滑拉裂式,受最大剪應力控制,堆積層沿基巖層面順層滑動,基巖面為滑坡提供滑動面,滑面呈近圓弧形,基巖傾角一般比堆積體坡度大,降雨和人類工程活動是其主要誘發因素。

3.3古滑坡體復活滑坡基本特征及形成機制

此類滑坡一般在前緣形成較厚層的堆積體,坡度一般較緩,是人類生產和生活的主要場地,正常情況下較為穩定,坡體上的人類工程活動和坡腳開挖是誘發古滑坡體復活的最主要因素。通過分析古滑坡的地形地貌和區域地質構造歷史,推斷此類古滑坡的形成應與第四紀晚期的末次冰期相關。古滑坡體在地形地貌上保持了原始滑坡的基本形態,平面上主要表現為圈椅狀地形,縱向上一般呈階梯狀。滑坡后壁呈弧形,產狀一般較陡,局部近乎直立,坡體中部一般形成1～2級平臺,平臺下方為前緣堆積體,且多發育于河流凸岸的一側。滑坡體主要由塊碎石堆積組成,后緣堆積一般較薄,物質顆粒較細,前緣堆積較厚,物質組成成分較為復雜,大的塊石、滾石往往分布其中。

古滑坡體根據其巖層產狀,滑坡初始變形破壞機制主要有滑移-拉裂式、滑移-彎曲式和彎曲-拉裂式等幾種。一般情況下,滑移-拉裂式古滑坡極少有滑坡復活發生,或發生的規模較小；滑移-彎曲和彎曲-拉裂形式破壞的古滑坡,一般規模較大,形成的堆積體較厚,在一定的條件下,易于發生古滑坡體復活。研究區復活的古滑坡主要為滑移-彎曲式,如鳥雀坪滑坡即為此類滑坡的典型代表。該類滑坡主要發育于中-陡順向薄層狀巖體及碳酸鹽類層狀巖體中,滑體在下滑的過程中受阻,造成坡腳附近巖體在一定條件下發生彎曲變形,由于河流侵蝕下切作用,斜坡在自重應力的作用下產生滑移,最終產生失穩破壞。

4結論

皖南山區地形條件復雜、地質構造強烈、存在易滑巖組、降雨集中且雨量大,導致區內滑坡地質災害多發,規模以中小型為主。依據滑坡物質組成、坡體結構和失穩機制將滑坡分為3個大類6個小類。巖質滑坡的破壞形式主要有滑移-拉裂、彎曲-拉裂和蠕滑拉裂等形式,這類滑坡的變形發展一般具有累進性變形特點,一旦發現明顯的變形,可能產生突發性地質災害,應引起高度重視。碎石土類滑坡以蠕滑-拉裂變形為主,從變形起始至破壞一般要經歷一定的時間,在雨季應加強監測。古滑坡復活型滑坡一般堆積體規模大,雨季多發生局部失穩,在居民密集區要注意監測,制定相應的防災減災預案。

[參考文獻]

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(責任編輯張淑艷)

Research on classifications and formation mechanism of landslides in mountainous area of southern Anhui

PAN Guo-lin1,2,HONG Tian-qiu1,LIN Gui-xiang3

(1.School of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China;2.Public Geological Survey Management Center of Anhui Province,Hefei 230009,China;3.Anhui Institute of Geo-Environment Monitoring,Hefei 230001,China)

Abstract:Mountainous area of southern Anhui is the most landslide-prone area in Anhui Province,where the landslide is diverse and the formation mechanism is complicated.In order to establish a comprehensive classification system which suits this area,landslides are analyzed in view of their material composition,structural features and genetic mechanism.First,landslides are divided into three major categories according to their material composition,namely rock,soil and ancient landslide.Then landslides are further subdivided into six small classes according to the slope structural features and genetic mechanism.The characteristic and formation mechanism of each of these types of landslide are studied so as to provide a reference for the prevention and control of landslide hazard in this area.

Key words:landslide;Anhui Province;formation mechanism;classification

收稿日期：2014-10-14；修回日期：2014-12-10

基金項目：安徽省國土資源廳公益性水工環資助項目(2010-g-30)

作者簡介：潘國林(1980-),男,安徽南陵人,合肥工業大學博士生,安徽省公益性地質調查管理中心高級工程師;洪天求(1953-),男,安徽懷寧人,博士,合肥工業大學教授,博士生導師.

doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.04.022

中圖分類號:P642.22

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5060(2016)04-0543-05