安徽省蕪湖市橫山地區水文地質因素對地質災害危險性的影響分析

［關鍵詞］水文地質；地質災害；危險性評估

1. 研究區背景

研究區位于安徽省蕪湖市繁昌區北部，為沿江丘陵平原，地形以河漫灘、山前斜地低丘為主體，地勢總體平緩，高程5.8～128.8 m。研究區地層隸屬華南地層大區下揚子地層區，區域內無深大斷裂及坳（斷）陷分布，無斷層分布。

研究區屬于北亞熱帶濕潤季風氣候區。區內全年降水各月分配不均，5～8月為豐水期，降水量占全年降水量的60%～70%；9～11月及翌年3～4月為平水期；12月及翌年2月為枯水期。因此，突發性地質災害多發生在高強度及連續集中降水期間（圖1）。

2. 研究區地質環境條件

2.1 工程地質條件

研究區內土體分河湖相、山麓相兩套沉積。河湖相地層由第四系全新統蕪湖組（Qhw）組成，巖性自上而下為粉質黏土、淤泥質砂土、粉細砂、砂礫石等；山麓相地層為第四系更新統下蜀組（Qpx）、戚家磯組（Qpq），巖性為粉質黏土、網紋粉質黏土。特殊土體主要為軟土和粉細砂夾粉土。

（1）軟土分布于研究區西側，為河湖相地層的第②工程地質層，巖性為灰色、灰黑色淤泥質砂土，厚度3.0～8.0 m，軟塑－流塑狀，飽和，含有機質，有異味，天然孔隙比1.0～1.19，天然含水量30.0%～60.0%，液限24.0%～45.0%，承載力特征值為60～80 kPa。

（2）粉細砂夾粉土分布于研究區西側，為河湖相地層的第④工程地質層，巖性為灰色，中密～密實，飽和，含少量云母碎屑，分選性較好，厚度1.0～7.0 m；部分段夾粉土，淺灰色，稍密，飽和，厚度0.5～2.0 m。該層承載力特征值為100～180 KPa。經標準貫入試驗判別法判定，該層飽和沙土不液化。

研究區內巖體多隱伏于第四系土體之下，低丘處有少量出露，工程地質巖組劃分：

（1）堅硬塊狀閃長巖巖組（δμ₅³），主要由燕山期侵入巖類組成，巖性為閃長玢巖、花崗斑巖等。（2）堅硬、較堅硬塊狀凝灰熔巖、凝灰巖巖組（K₁k），由白堊紀早世蝌蚪山組組成，巖性下部為含粉砂質泥巖、鈣質粉砂巖；上部為流紋質凝灰熔巖、流紋質含角礫巖屑凝灰巖。（3）薄—中層狀中等巖溶化堅硬灰巖組（T₁n、T₂d）。由三疊系早世的南陵湖組、中世的東馬鞍山組組成，巖性為灰巖、白云質灰巖等，淺表溶蝕裂隙、溶洞發育。

2.2 水文地質條件

研究區內湖、塘密布，大部分已深切到潛水位之下，在豐水期地表水補給地下水，在枯水期地表水則接受潛水的補給，區內地形平緩，潛水位面平緩，徑流緩慢，排泄不通暢。裂隙巖溶水則通過裸露地表的裂隙和巖溶接受大氣降水的補給及接受蓋層孔隙水補給；大部分則經過斷層和裂隙運移出研究區，少量以泉的形式排泄地表。地下水類型及含水巖組主要為：

（1）孔隙含水巖組分布于研究區大部，微地貌類型為河漫灘，含水巖組巖性為第四系全新世蕪湖組（Q_^hw）沖積的灰黃色粉細砂、礫砂。由于此含水巖組頂部有厚5～13m的粉質黏土、淤泥質粉質黏土層，水力性質具承壓性（稱上層承壓含水層）。本含水巖組具有分布面積廣、厚度大、富水性和透水性好等特點。

（2）碳酸鹽巖裂隙溶洞水含水巖組分布于研究區大部，多為覆蓋性，低丘處裸露。含水層巖性為三疊系早世南陵湖組（T₁n）、中世東馬鞍山組（T₂d）的青灰色灰巖、白云質灰巖等，淺部的溶溝、溶蝕裂隙較發育。

（3）塊狀巖類裂隙含水巖組分布于橫山地塊的北側，隱伏于第四系地層以下。含水層巖性為燕山晚期閃長斑巖（γπ₅³）及早白堊世（K₁k）的凝灰巖等地下水賦存于風化裂隙及構造裂隙，具承壓性。

3. 研究區地質災害現狀

研究區現狀地形稍有起伏，區內無滑坡、崩塌、泥石流地質災害；區內周邊無地下水開采，無地面沉降地質災害發生[1]。區內僅東側巢黃高速公路存在道路切坡，切坡高3～5m，已采取格構護坡，坡體穩定。

根據研究區地質災害危險性評估，區內存在遭受軟土變形、膨脹土變形、巖溶塌陷地質災害的危險性，地質災害危險性分區見表1：

4.研究區水文地質因素對地質災害危險性的影響分析

根據研究區地質環境條件及地質災害現狀，初步判定可能遭受的地質災害主要為軟土變形、膨脹土變形、巖溶塌陷，現對其水文地質因素進行影響分析：

4.1. 水文地質因素對軟土變形地質災害的影響分析

研究區遭受軟土變形地質災害威脅的主要為I區、Ⅱ，區內為河漫灘地貌，廣泛分布有灰色、灰黑色淤泥質粉質黏土。區內地下水位埋深較淺，受雨季影響地下水位波動大，對軟土地基的強度造成嚴重影響，對應危險性等級為中等。因此，選取不同天然含水量條件下具有較好代表性的原狀土樣進行對比分析：

從圖2可知，隨著天然含水量的增加，軟土的黏聚力和內摩擦角均呈明顯的下降趨勢。低含水量的土樣具有較高的黏聚力和內摩擦角，隨著含水量的增加，軟土試樣的黏聚力迅速降低，衰減幅度較內摩擦角明顯，進而導致抗剪強度降低[2]。

研究區雨季持續降雨入滲時，地下水位波動明顯，這一變量影響軟土釋水固結過程中的孔隙變化情況，降低土體抗剪強度，加劇軟土變形地質災害，引起區內地基不均勻沉降，對路面及工程建設產生破壞。

4.2 水文地質因素對膨脹土變形地質災害的影響分析

研究區遭受軟土變形地質災害威脅的主要為Ⅳ區，地層巖性為第四系更新統下蜀組（Qpx）的粉質黏土，厚度3～26m，柱狀節理發育，礦物成分以蒙脫石、伊利石、高嶺土等親水性礦物為主。采樣分析表明，土樣自由膨脹率δef=40.5%～42.5%，屬弱膨脹潛勢。區內微地形為低丘，易形成膨脹土邊坡，常見淺層松散堆積體的小滑落、小崩落、地裂等微型地質災害，多發生于5～8月雨季，對應危險性等級為小級。

在降雨過程中，膨脹土邊坡首先在坡腳淺層出現局部滑動，導致上部的松散堆積體的支撐力變弱，隨后牽動上部土體滑動，滑面深度有所增加，在邊坡上出現類似一個疊瓦狀的破壞形態。

由于干濕交替的季節性氣候變化，雨季降雨入滲導致坡頂松散堆積體底部接觸帶處膨脹土的膨脹濕化并引起土體強度衰減是造成該類邊坡失穩的主要因素，且破壞具有受滯水層控制、破壞滑裂面在邊坡軟弱層的特點。尤其在地表水影響的地段（河、塘），其地下水和地表水頻繁交替，膨脹土變形的危害加大。

4.3 水文地質因素對巖溶塌陷地質災害的影響分析

研究區遭受軟土變形地質災害威脅的主要為Ⅱ區、Ⅲ區。區內下伏三疊系中統東馬鞍山組（T₂d）、下統南陵湖組（T₁n）的灰巖，可溶巖淺部溶溝、溶蝕裂隙較發育；上部被第四系松散層覆蓋，巖性為第四系全新統蕪湖組的粉質黏土、淤泥質砂土，砂礫石等，厚度3.0～26.0 m，覆蓋層厚度較易于巖溶塌陷地質災害的產生，為上覆土型巖溶區。河湖相為易塌陷地段，對應為危險性中等；山麓相為不易塌陷地段，對應為危險性小級。

根據區域水文地質資料及鉆孔資料：頂板埋深大于26 m，標高-20 m、-40 m及-80 m段為巖溶發育帶，鉆孔巖溶率5.3%～7.4%，地下水位埋深2.9～8.8 m，鉆孔巖溶率為5.3%～7.4%。碳酸鹽巖裂隙溶洞水主要接受大氣降水補給，并以側向徑流和頂托補給第四系孔隙水為其主要排泄途徑。

碳酸鹽巖裂隙溶洞水的富集與可溶巖的分布、巖溶裂隙發育程度和補給來源有關，當研究區及其外圍進行巖溶地下水開采時或天然狀態下（干旱或汛期），改變了地下水位，導致地下水位的大幅度下降或地下水位的劇烈波動，在尚未形成穩定的降落漏斗時，尤其是巖溶地下水位下降至基巖面附近時，可能引發巖溶塌陷災害，特別是巖溶較發育段，從而對工程建設產生危害。因區內無集中地下水開采，所以降雨或干旱造成地下水位的波動是產生巖溶塌陷的主要因素。

研究區為上覆土型巖溶區，在雨季持續降雨入滲時，地下水位劇烈波動，破壞了溶洞底層結構的牢固性，造成頂板失穩，從而出現塌落或沉陷災害。

5. 結論

通過在研究區開展的地質災害危險性調查工作，分析水文地質因素對地質災害的影響，可以得出以下幾點初步認識：

（1）研究區內現狀崩塌、滑坡等地質災害不發育，存在遭受軟土變形、膨脹土變形、巖溶塌陷地質災害的危險性，軟土變形地質災害危險性等級為中等、膨脹土變形地質災害危險性等級為小級、巖溶塌陷地質災害危險性等級為中等—小級。

（2）研究區雨季持續降雨入滲時，隨著土體含水量的增加，黏聚力和內摩擦角均呈明顯的下降趨勢，降低土體抗剪強度，加劇了地基不均勻沉降等軟土變形地質災害的發生。

（3）研究區雨季持續降雨入滲時，膨脹土的膨脹濕化引起土體強度衰減，誘發膨脹土邊坡失穩等膨脹土變形地質災害。

（4）研究區為上覆土型巖溶區，河湖相為易塌陷地段。在雨季持續降雨入滲時，地下水位劇烈波動，破壞了溶洞底層結構的牢固性，造成頂板失穩，易出現塌落或沉陷等巖溶塌陷災害。

綜上所述，橫山地區地質災害危險性的水文地質主控因素為雨季的持續降雨入滲及地下水位波動，應加強對該地區地質災害高發區的降雨量及地下水位的監測，及時設置災害預警，盡最大可能減少地質災害的影響，保護當地居民的生活環境和生命財產安全。