匯川區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的形成機理與易發(fā)性評價

閆文清

（貴州省地礦局102地質(zhì)大隊，貴州遵義 563000）

0.引言

匯川區(qū)位于貴州高原北部，北倚婁山、南瀕烏江，處于黔北山原向黔中丘原過度地帶。匯川區(qū)地形切割大，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、地層巖性及組合多樣，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，礦產(chǎn)資源豐富，采礦工程活動強烈。匯川區(qū)以往開展了一系列地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作，如2012年貴州省重點地區(qū)重大地質(zhì)災(zāi)害隱患詳細調(diào)查匯川區(qū)調(diào)查（貴州省地礦局114地質(zhì)大隊）、2012年烏江流域（遵義縣）地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查（貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院）以及歷年來地方國土主管部門（自然資源部門）組織的地質(zhì)災(zāi)害排查工作，這些地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作初步摸清了匯川區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布情況，劃分了地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)和危險區(qū)，建立了群測群防體系，為最大限度地減少人員傷亡和財產(chǎn)損失發(fā)揮了重要作用。

1.地匯川區(qū)質(zhì)災(zāi)害的形成機理分析

1.1 滑坡形成機理分析

通過對調(diào)查區(qū)滑坡形成機理開展了深入研究總結(jié)，調(diào)查區(qū)共計發(fā)育128處滑坡，屬于“弱面”控制型滑坡的有117處，“弱面”有2類：（1）最大剪應(yīng)力控制的應(yīng)力性弱面。（2）基覆界面，根據(jù)誘發(fā)因素主要有3類，即中后緣加載、前緣開挖和長時間降雨等，而且通常是多因素綜合作用；屬于“采空區(qū)控制型”滑坡的有11處，采空區(qū)均為煤礦采空，鉬、鎳及多金屬礦種采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，誘發(fā)因素為地面沉降或塌陷導(dǎo)致斜坡結(jié)構(gòu)和應(yīng)力變化而形成。通過對滑坡要素數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，根據(jù)主控因素歸納分析了區(qū)內(nèi)滑坡具有3種主要成災(zāi)模式：蠕滑-拉裂型、滑移-拉裂型和塌陷-拉裂-剪斷型[1]。

1.1.1 蠕滑-拉裂型

蠕滑-拉裂型滑坡是導(dǎo)致斜坡巖土體向坡前臨空方向發(fā)生剪切蠕變，其后緣發(fā)育自坡面向深部發(fā)展的拉裂，匯川區(qū)該類變形主要發(fā)育在土質(zhì)斜坡中。在斜坡變形發(fā)展過程中，坡內(nèi)有一可能發(fā)展為破壞面的的潛在滑移面，它受最大剪應(yīng)力面分布狀況的控制，該面實際為一自坡面向下遞減的剪切蠕變帶。

滑坡滑動面形狀受土層與巖層的起伏分布控制，剖面形態(tài)多為圓弧形、折線型，而前緣和后緣滑動面受地形條件影響，可沿土層剪出。滑體一般為硬塑或可塑狀態(tài)粘土，部分粘土夾少量碎石。斜坡總體地形較為陡峭，重力作用是滑移發(fā)生的內(nèi)因。在降雨、人工加載、切坡等一種或幾種外界因素作用下，滑坡開始產(chǎn)生變形破壞。

1.1.2 滑移-拉裂型

滑移-拉裂變形是斜坡內(nèi)含有中緩-偏陡的軟弱結(jié)構(gòu)面（軟弱夾層、基覆界面等），斜坡巖土體沿軟弱結(jié)構(gòu)面向坡前臨空方向滑移，并使滑移體拉裂-解體。受已有軟弱面控制的這類變形，其進程取決于作為滑移面的軟弱面的產(chǎn)狀和特性。當滑移面向臨空方向傾角足以使上覆巖土體的下滑力超過該面的實際抗剪阻力時，則在成坡過程中該面一經(jīng)被揭露臨空，后緣拉裂面一出現(xiàn)即迅速滑落，蠕變過程極為短暫。

1.1.3 塌陷-拉裂-剪斷型

塌陷-拉裂-剪斷型滑坡主要發(fā)育于緩傾結(jié)構(gòu)內(nèi)，具有上硬下軟性質(zhì)的斜坡，發(fā)育有順走向的長大節(jié)理、裂隙或溶蝕裂縫，斜坡發(fā)生變形前常見采空塌陷，坡體后緣裂縫突然拉張下沉現(xiàn)象。

1.2 崩塌形成機理分析

通過對調(diào)查區(qū)65處崩塌形成機理開展了深入研究總結(jié)，調(diào)查區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害破壞模式主要以弱面控制型崩塌為主，有42處，占崩塌總數(shù)的64.62%；其次為軟弱基座型崩塌，有23處，占崩塌總數(shù)的35.38%。調(diào)查區(qū)弱面控制型崩塌主要有3類演化模式，分別為拉裂-傾倒式、拉裂-墜落式、拉裂-滑移式。調(diào)查區(qū)內(nèi)這類危巖體形成的崩塌很常見，演化過程一般也很漫長[2]。

1.2.1 拉裂-傾倒模式

區(qū)內(nèi)該類崩塌主要分布在軟硬巖石互層區(qū)域，軟巖在下、硬巖在上，硬巖部分常形成陡峻邊坡，其破壞模式為坡體本身節(jié)理裂隙較發(fā)育，在以卸荷為主導(dǎo)的表生改造作用下，斜坡下部形成凹巖腔，后緣發(fā)育卸荷裂隙及垂直裂隙，裂隙近乎貫通，形成危巖體，在持續(xù)強降雨作用下，降雨入滲裂隙充水，改變了危巖體自身結(jié)構(gòu)的力學(xué)穩(wěn)定性，導(dǎo)致危巖體繞支點向臨空面傾覆，發(fā)生傾倒式失穩(wěn)變形破壞。

1.2.2 拉裂-墜落型模式

陡—極陡硬質(zhì)巖質(zhì)斜坡，坡體節(jié)理裂隙較發(fā)育，在以卸荷為主導(dǎo)的表生改造作用下，坡面巖體破碎，發(fā)育凹巖腔，凹巖腔上部發(fā)育近直立的外傾結(jié)構(gòu)面。在降雨、溫差和其他風化作用下，凹巖腔上部巖體中的近直立外傾結(jié)構(gòu)面進一步強化，局部塊體會直接塌落

1.2.3 拉裂-滑移模式

陡—極陡硬質(zhì)巖質(zhì)順向斜坡，坡體節(jié)理裂隙較發(fā)育，在以卸荷為主導(dǎo)的表生改造作用下斜坡坡肩部位拉裂，在持續(xù)強降雨作用下，降雨沿拉張裂隙入滲，導(dǎo)致巖層面軟化形成相對軟弱結(jié)構(gòu)面，危巖體易沿該結(jié)構(gòu)面滑移（剪出）失穩(wěn)形成崩塌。

1.3 地面塌陷形成機制

1.3.1 采空塌陷

當出現(xiàn)大面積的地下采空區(qū)域之后，在頂板的位置受力會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，頂板位置沒有支撐出現(xiàn)開裂垮落，逐漸形成過拱。隨著頂板冒落帶繼續(xù)向上延展垮落拱部高度會有所上漲，當冒落在裂隙和地表位置不斷接近的情況下，會造成地表產(chǎn)生比較明顯的沉降變形問題，造成地表出現(xiàn)沉降裂縫以及塌陷等情況。不但如此，在地下采空過程中同時大量抽排地下水，也會造成該區(qū)域內(nèi)部地下水位不斷下降，進而出現(xiàn)上部覆土失去頂托之后會產(chǎn)生地面嚴重下沉。巖溶管道頂板的侵蝕及地下水位的下降，致使頂板受力改變，導(dǎo)致其頂板無法支撐其自重而塌陷。

1.3.2 巖溶塌陷

根據(jù)匯川區(qū)域收集到的地質(zhì)條件資料分析可以看出該區(qū)域在經(jīng)過強降雨之后會在低洼的區(qū)域出現(xiàn)大量的積水，但是經(jīng)過一段時間之后，洼地的積水量會有所降低，其中一大部分的積水損失主要是因為匯川區(qū)域的特殊氣候條件所產(chǎn)生的水體蒸發(fā)量，而大部分的積水產(chǎn)生的實施問題主要是因為該區(qū)域范圍內(nèi)覆蓋土層的滲透性良好，積水滲透到土層內(nèi)部達到巖溶裂隙當中產(chǎn)生滲漏流失。在強降雨之后覆蓋的土體當中含水量會明顯上漲，使得土壤當中到應(yīng)力關(guān)系產(chǎn)生一定的變化，即孔隙水的壓力不斷加大會造成土壤有效應(yīng)力降低，使得土體的抗剪強度以及承載能力明顯下降，在基巖熔槽或者裂隙上部的微小土洞內(nèi)部會出現(xiàn)嚴重塌陷情況[3]。

巖溶塌陷在本質(zhì)意義上屬于能量的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)遷移所造成的，塌陷動能是基于巖溶水勢及其重力勢能轉(zhuǎn)化獲取，巖溶水屬于產(chǎn)生物質(zhì)遷移運動的動能所在，沒有水體的流動嚴重塌陷問題通常情況下不能產(chǎn)生。因此嚴重塌陷及其規(guī)模主要取決于地下水動力條件的變化情況及地下水的波動幅度、速度水力坡降以及水流速度等各方面影響因素。匯川區(qū)巖溶塌陷通常情況下是在旱季和雨季交替的時間段產(chǎn)生，在此時間段范圍內(nèi)會產(chǎn)生地下水動力條件變化的最大時期，進一步體現(xiàn)出匯川區(qū)地下水動力條件的變化，是決定研究該區(qū)域沿用塌陷及其嚴重塌陷規(guī)模的主要動力因素。因此，不管是自然因素或者是人為性因素所造成的地下水動力條件變化，只要是滿足地下水位的變化快幅度大的條件，都很容易形成新的巖溶塌陷問題[4]。

1.4 泥石流形成機理

以高坪街道辦事處金獅組泥石流為例，金獅組泥石流是在連續(xù)強降雨作用下，溝谷上部多處高位小型滑坡沖入溝道內(nèi)，與水流匯聚而形成泥石流，從而形成了現(xiàn)有的溝道特征和堆積物特征。區(qū)內(nèi)地表覆蓋層為第四系粘土，結(jié)構(gòu)松散，雨水易入土下滲，在長時間降雨的作用下，在地形陡峻地段易發(fā)生淺表層滑動，由于滑坡位置距離原有溝道有一定高差，且下部地形坡度較大，加之在滑動過程中受到雨水持續(xù)沖刷的影響，滑坡體速度快、動能大，鏟刮沿途松散土層一起滑動，形成明顯底蝕拉槽，沖入下部溝道中，滑坡體沖入溝道后解體，在雨水的作用下形成泥石流。

2.地匯川區(qū)質(zhì)災(zāi)害的易發(fā)性評價

2.1 地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性評價指標選擇

根據(jù)縣域調(diào)查區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、影響因素、穩(wěn)定性、運動特征、承災(zāi)對象、成因機理，縣域選取坡度、高程、剖面曲率、斜坡結(jié)構(gòu)、地層、工程巖組、構(gòu)造、采礦活動、點密度等指標為滑坡易發(fā)性評價指標。根據(jù)縣域調(diào)查區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征、影響因素、穩(wěn)定性、運動特征、承災(zāi)對象、成因機理，縣域選取坡度、高程、剖面曲率、斜坡結(jié)構(gòu)、地層、工程巖組、構(gòu)造、采礦活動、點密度等指標為縣域崩塌易發(fā)性評價指標。

2.2 易發(fā)性分區(qū)

2.2.1 平壩區(qū)的確定

利用GIS軟件將縣域內(nèi)坡度小于8°的區(qū)域基于相似性、相近性的原則概化后作為平壩區(qū)，該區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件較好，發(fā)生滑坡及崩塌的可能性較低，因此在疊加過程中應(yīng)通過條件判別將該區(qū)域判別為低易發(fā)區(qū)及低危險區(qū)[5]。

2.2.2 滑坡易發(fā)性分區(qū)

利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，在每個評價單元中將滑坡各評價因子的最終信息量值進行疊加，從而得到特定評價單元中滑坡地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的總信息量值，生成縣域滑坡地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)成果柵格圖件，利用自然斷點法將易發(fā)性指數(shù)計算結(jié)果劃分為極高易發(fā)、高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)4個等級（見圖1）。

圖1 縣域滑坡易發(fā)性分區(qū)圖

2.2.3 崩塌易發(fā)性分區(qū)

利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能在每個評價單元中將崩塌各評價因子的最終信息量值進行疊加，從而得到特定評價單元中崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的總信息量值，生成縣域崩塌地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)成果柵格圖件，利用自然斷點法將易發(fā)性指數(shù)計算結(jié)果劃分為極高易發(fā)、高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)4個等級（見圖2）。

圖2 縣域崩塌易發(fā)性分區(qū)圖

2.2.4 地面塌陷易發(fā)性分區(qū)

利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能在每個評價單元中將地面塌陷各評價因子的最終信息量值進行疊加，從而得到特定評價單元中地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的總信息量值，生成縣域地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性指數(shù)成果柵格圖件，利用自然斷點法將易發(fā)性指數(shù)計算結(jié)果劃分為極高易發(fā)、高易發(fā)、中易發(fā)、低易發(fā)4個等級（見圖3）。

圖3 縣域地面塌陷易發(fā)性分區(qū)圖

3.結(jié)論

通過上述分析，為了最大限度上控制地質(zhì)災(zāi)害，對周圍人們生命財產(chǎn)安全所造成的影響，必須要進行針對性的風險管控工作。在風險管控工作當中需要對現(xiàn)有的地質(zhì)災(zāi)害安全風險問題進行全面控制，要進一步加強地質(zhì)災(zāi)害的治理工作，防止地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生出現(xiàn)人員和財產(chǎn)的損失，對不同風險等級區(qū)域?qū)嵤┓旨壔踩芸毓ぷ鳎M可能避免因為包圍或者是一些人為性工程活動開展造成地質(zhì)災(zāi)害。