基于層次分析法的青海拉加滑坡群影響因素分析

李成林，劉嚴松，賴思翰，王 地，何星慧，劉雅蘭

（1.成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川 成都 610059；2.中節能建設工程設計院有限公司，四川 成都 610059；3.中國地質調查局成都地質調查中心，四川 成都 610081；4.中國地質大學，北京 100083；5.四川三合空間科技有限公司，四川 成都 610094）

青?，斍呖h拉加地區位于青藏高原東北部，區域氣候惡劣、地質構造復雜、地表風化作用強烈，是青藏高原東北部典型的紅層分布區[1]。在拉加新近系紫紅色湖相碎屑巖地層區發育有北東—南西帶狀分布的滑坡群，滑坡數量約占全縣滑坡數量的56%[2]。由于特殊的地質背景，高原紅層區滑坡的形成演化往往受多種因素的耦合作用[3]。有效認識影響因素類型和作用大小對監測、防治區內滑坡地質災害具有重要意義。傳統滑坡地質災害影響因素主要依據專家經驗進行定性分析，分析過程無法有效量化，分析精度受專家經驗和前期工作程度限制，在一定程度上影響了滑坡成因演化、風險評價等工作[4]。因此，在調查分析的基礎上，本文總結了研究區地質環境背景、滑坡特征，厘定了滑坡發育的主要影響因素，并利用層次分析法（AHP）對比和定量計算各影響因素，確定其權重，以總結區內滑坡的形成過程，以期為高原紅層滑坡的調查評價和區內地質災害監測、防治提供參考。

1 地質環境背景

研究區位于青海省瑪沁縣北東的拉加鎮，屬拉加盆地中段；區內構造總體為北東—南西展布，主要發育拉加斷裂帶。斷裂帶出露寬度為10～30 m，主斷面產狀較陡，實測主斷層面產狀297°∠67°。斷裂帶南西與東昆侖斷裂帶交匯于瑪沁縣城附近，交切部位是區內地震頻發的地區之一（圖1）。區內除黃河兩岸階地上分布少量第四系沖洪積層外，主要發育一套新近系紫紅色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖地層，為陸內咸化湖相碎屑巖層，地層與區內滑坡、泥石流等地質災害空間關系密切。研究區海拔集中在3 000～4 200 m，屬黃河流域，黃河由南東向北西穿過拉加地區，黃河兩側支流水系發育，河流侵蝕作用強烈；6—8月為集中降雨期，2020年區內降水天數達174 d，降水量達1 196.85 mm；6—9月的月均氣溫大于0℃，最低氣溫出現在1月；區內發育季節性凍土，最大凍結深度為0.65～2.46 m。

圖1 研究區位置與地質構造簡圖

2 滑坡地質特征

2.1 空間分布概況

地質特征認識是滑坡影響因素分析的基礎。研究區為瑪沁縣滑坡地質災害的主要分布區，滑坡呈北東—南西帶狀集中發育于拉家鎮周緣，形成典型滑坡群?；轮饕獮閹r質滑坡，以中小型為主，發育少量大型滑坡。

2.2 地質特征分析

區內隆列、軍功等大型滑坡特征最典型。隆列滑坡位于拉加鎮北東的下知邁村，總體形態為簸箕狀，主滑方向為120°，前后緣距離約為750 m，兩側距離約為1 400 m，平面面積約為110×104m2；后緣高程為3 537 m，前緣坡腳高程為3 311 m，平均坡度為17°（圖2）。隆列滑坡分布在新近系上新統紫紅色粉砂質泥巖夾薄層泥質粉砂巖層中，基巖產狀124°∠22°；為順向巖質滑坡，下部為新近系紫紅色泥巖層，滑體上覆紫紅色殘坡積碎石土層；從后緣到前緣，主滑體依次發育3級次級滑體，形成順主滑方向鏟狀疊置排列的特征。主滑體坡面呈折線形，后緣、前緣較平緩，中部坡度較大，形成后緣（Ⅰ）、中部（Ⅱ）、前緣（Ⅲ）3段差異明顯的變形帶，其中變形帶Ⅰ形成多級平臺、反向槽谷、斷塞塘，后緣壁光滑且產狀陡立，滑壁上可見左行排列的擦痕，呈左行剪切特征，遠離滑壁發育的裂縫以張性為主，裂縫呈鋸齒狀，單條裂縫長1.5～4.6 m、寬0.2～0.5 m，裂縫兩側塊體落差較?。?.1～0.2 m），基本保持原始坡面形態；變形帶Ⅱ發育多級陡坎，陡坎高0.5～2.3 m，傾向南西，產狀近直立，中部次級滑體后緣均為簸箕狀，后緣中間部位垂向落差較大，表土解體呈松散狀，表面分布有被膜狀白色膏鹽類結晶物質（圖2a），后緣靠近兩側端的落差較小，兩側滑壁見順滑動方向的擦痕（圖2b），局部發育滲水和鼓丘（圖2c、2d、2e），（西）寧—果（洛）（S101）公路北東—南西向穿過主滑體中部（圖2f），公路路面可見拉張裂縫，裂縫帶寬3～5 m，單條裂縫長1～9 m，寬2～30 cm（圖2g、2h），局部發育鼓丘；變形帶Ⅲ發育主滑體上的第三級次級滑體，次級滑體斜坡坡度平均為12°，滑體上沖溝發育，受裂隙拉伸變形錯斷，次級滑體中部發育鼓丘，滑體上的電線樁已傾倒，次級滑體前緣分布大量紫紅色泥質松散堆積物（圖2i、2j）。

圖2 隆列滑坡全貌（鏡向北西）

軍功滑坡地質特征與隆列滑坡類似，位于拉加鎮南西側，整體形態呈寬簸箕狀，為大型順向巖質滑坡，主滑方向為302°，在20世紀80年代就已發生變形，并于1991年8月、1992年6月、2011年8月、2019年9月發生多次滑動[5]，在老滑體上發育多級次級滑體。

3 滑坡影響因素分析

研究區滑坡具有不同時期新老滑坡群聚分布、受多種因素影響的特征。根據分層解析的思路，本文分別對區內滑坡的內外影響因素進行分析，并利用AHP方法探討各影響因素的權重，總結滑坡形成演化規律。

3.1 內部影響因素分析

滑坡總體呈北東—南西帶狀集中分布，與新近系紫紅色湖相碎屑巖地層空間關系密切。分析組成滑體的泥巖、砂巖組構和物質成分發現，砂巖中Ca、Fe、K元素含量相對較高（圖3）。偏光顯微鏡中砂巖成分為石英礦物碎屑（含量約為65%）、長石礦物碎屑（含量約為10%）和相似成分的填隙物（含量約為25%）。礦物碎屑分選中等、磨圓較差，多為棱角狀—次棱角狀，孔隙膠結，顆粒支撐。砂巖電子顯微鏡分析顯示，碎屑顆粒的孔隙間充填有方解石，方解石表面發育溶蝕孔，部分石英顆粒表面可見石膏晶體。

圖3 砂巖元素分布特征

利用Image-Pro Plus 對SEM 圖像進行二值處理，測出粉砂巖孔隙率為0.171，微觀孔隙最小、最大、平均直徑分別為0.365 um、49.198 um、3.033 um；微、小、中、大孔隙占比分別為38%、58%、3.6%和0.4%。泥巖電子顯微鏡分析顯示，粘土礦物主要為伊利石，鱗片狀結構，礦物顆粒間孔隙發育，孔隙率為0.326，孔隙中含石膏、方解石。

砂巖、泥巖的物質成分和組構觀測顯示，研究區巖石均含有大量微觀孔隙、易溶于水的鹽類物質和吸水易膨脹的粘土礦物；大量微觀孔隙利于水的進入并與巖石內部的鹽類物質、粘土礦物發生反應，破壞巖石微觀結構，從根本上降低了巖石抗壓、抗剪等物理性質，在外界因素作用下，更有利于滑坡的發育。

3.2 誘發因素分析

水與碎屑巖物質的相互作用是紅層區巖石強度降低的根本原因[6-8]，水是區內滑坡發育的重要誘發因素。測試顯示，伊利石吸水粒間體積膨脹為50%～60%，硫酸鹽類礦物吸水體積可膨脹61%。在水巖作用下，易溶鹽巖類礦物吸水膨脹、潮解或溶解將導致粒間結構變化，并引起巖石的初始損傷，巖石強度變低[9-11]。統計顯示，區內滑坡主要發育在6—9 月，與集中降雨期重疊（圖4）。滑坡主要分布于黃河及其支流兩岸，常年受流水側蝕作用影響；在集中降雨期，地下水位上升，增大了水巖作用范圍。

圖4 研究區月降水天數與月降水量統計圖

研究區為季節性凍土區，凍土最早出現在9 月初，最晚出現在10 月底，消融時間最早在2 月中旬，最晚在3 月底；凍土期孔隙水結冰體積增大，冰劈作用增大原生裂隙，反復凍融過程將進一步破壞巖土體微觀結構，降低巖土體強度[12-13]。在公路開挖等高強度人類活動影響下，這些巖土體的穩定性進一步降低[14-15]。除上述因素外，斷裂構造也影響滑坡地質災害的發育。拉加盆地為裂陷盆地，控制了滑坡等地質災害的總體展布特征。

3.3 影響因素權重分析

在分析滑坡地質特征和影響因素的基礎上，利用AHP 方法計算影響因素權重，并利用一致性指標（CI）、平均隨機一致性指標（RI）和一致性比率（CR）判斷影響因素矩陣的合理性。AHP方法在深入分析復雜決策問題本質、影響因素的基礎上，利用較少定量信息，使決策思維過程數學化，在地學多因子復雜問題綜合評價中具有特定優勢，能有效實現多目標復雜問題中定性與定量相結合的決策分析[16-18]。本文利用SPSSPRO軟件進行決策分析，根據區內滑坡的地質特征，厘定地形地貌、地層巖性、地質構造、降雨、凍土凍融、地下水、地震、工程活動8 個影響因素來構建層次結構模型，進行影響因素的兩兩對比分析；并參照Santy的1～9標度法確定滑坡影響因素的重要性指標（表1），構建滑坡影響因素判斷矩陣（表2），進行綜合數學運算，得出影響因素的權重系數。

表1 滑坡影響因素的重要性指數表

表2 研究區滑坡影響因素判斷矩陣

通過計算得到最大特征值λmax=8.891 9，對應的特征向量為0.417 7、4.221 2、0.674 5、3.227 0、1.585 8、0.905 0、0.297 9、0.664 7；對特征向量進行歸一化，得到影響因素權重。檢驗判斷矩陣的一致性發現，CI=0.127 4、RI=1.41（n=8）、CR=0.090 4＜0.1，說明滑坡影響因素指數選取合理。根據影響因素權重大小，研究區影響因素重要性由大到小依次為地層巖性、降雨、凍土凍融、地下水、地質構造、工程活動、地形地貌、地震。

3.4 影響因素作用過程分析

根據地質特征和影響因素分析，地層巖性和長期的水巖作用是區內滑坡聚集性分布的重要影響因素。鏡下分析顯示，新近系發育的粉砂質泥巖、泥質粉砂巖微孔隙和微裂隙發育，所含易溶性鹽類礦物遇水發生水解、溶蝕（溶解）等作用，增大了巖石孔隙并降低了巖石強度，導致巖石初始損傷；長期反復的凍土凍融作用加劇了巖石微觀裂隙的發育，進一步降低了巖石強度；地質構造、工程活動、地震等因素的疊加促使微孔隙、微裂隙發展成貫通性的裂隙面，在集中降雨期，巖土體失穩，形成滑坡地質災害。受特殊的地質條件和高原環境等因素影響，區內滑坡集中分布在北東—南西帶狀展布的拉加盆地紅層區，最終形成了拉加滑坡群。

4 結語

基于野外調查，認識了對研究區地質背景和滑坡地質特征，探討了滑坡的內外影響因素，并利用AHP方法定量計算了各影響因素的權重，總結了影響因素的重要性。拉加滑坡群分布在北東—南西向帶狀展布的裂陷盆地區，具有空間群聚特征，分布范圍總體受裂陷盆地控制，與新近系紫紅色湖相碎屑巖地層空間關系密切。區內滑坡集中發育在6—9月，與集中降雨期重疊，說明與降雨關系密切。通過分析隆列、軍功兩處典型滑坡的滑體巖石開展顯微組構和成分發現，新近系紫紅色粉砂質泥巖和泥質粉砂巖微孔隙、微裂隙發育，巖石孔隙中的易溶性鹽類礦物遇水發生水解、溶蝕（溶解）等作用，對巖層微觀組構造成初始損傷。反復凍融、地質構造、工程活動、地震等多因素的疊加影響，進一步降低了巖層強度，在降雨誘發下，形成滑坡地質災害。區內滑坡影響因素作用由強到弱依次為地層巖性、降雨、凍土凍融、地下水、地質構造、工程活動、地形地貌、地震。