河南省桐柏县地质灾害特征及防治对策

2014-01-17龚巍峥赵康宁孟晶晶

资源环境与工程 2014年5期

龚巍峥，赵康宁，孟晶晶

(1．河南省地质环境勘查院，河南郑州 450051;2．河南省地质环境规划设计院有限公司，河南郑州 450051)

0 引言

桐柏县位于河南省南部豫鄂边区，桐柏山腹地，南阳盆地东缘，面积1 941 km2，总人口43万，千里淮河于此处发源，南北气候在这里交替，桐柏山连起豫鄂两省，中原与南楚文化相互交融。该县资源富集，尤以旅游、矿产、林果、畜牧、水产、土特产著称，被誉为“全国特大资源宝库县”。但该区历史上多次发生地质灾害，冲毁农田矿山，损坏建筑房屋，严重威胁人们群众生命、财产安全，阻碍了经济发展。

1 地质背景条件

桐柏县属亚热带向暖温带过渡地区气候，四季分明，年平均气温14．9℃，多年平均降水量1 173．4 mm，年最大降水量1 542．9 mm。降雨量时空分布不均，主要集中在6－9月份。在地域分布上，南部山区相对多雨，且受地形影响形成多个降雨中心，偶发大雨、暴雨等强对流灾害性天气，24 h最大降水量达376 mm，1 h最大降水量达189．5 mm(2010年)。暴雨和连阴雨是崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害形成的主要诱发因素之一。

桐柏县以县城西淮源镇固庙村的西岭和西北大河镇土门村的新坡岭一线为分水岭，东属淮河流域淮河水系，西属长江流域三夹河水系。地层横跨华北地层区北秦岭分区信阳小区和扬子地层区南秦岭分区西大小区，发育了多期多次岩浆活动，尤以酸性岩浆活动为主。大地构造位于秦岭东西向复杂构造带的东端南支、桐柏—商城大断裂的北西端，呈北西—南东向带状分布。西南—东北部山区持续隆起，在西北及东南部接受新生代河流相、湖沼相及山麓洪积的陆源碎屑沉积。地貌形态为明显受到构造形迹控制，使河流两岸形成阶地。总体呈东北部、中部和西南部高，东南、西北两边低平的趋势，分布有构造剥蚀低山、剥蚀丘陵、堆积剥蚀岗地、冲积河谷平原等地貌类型，地形地貌复杂。

桐柏县岩土体工程地质条件较差的岩组有分布在程湾、新集、黄岗、毛集及回龙等地段的碎裂状较软花岗岩强风化岩组，岩石抗压强度高，但抗风化能力较弱，浅层岩石风化较严重;在桐柏—淮源以南、大河南部及回龙分布的片状较软片麻岩、片岩组，呈西北—东南方向展布，岩体呈薄层状，片麻理、片理发育，力学强度较低，抗风化能力较弱;中厚层具软弱夹层较软砂岩岩组主要分布在桐柏县东南一带，层状结构，新鲜岩石抗压强度较弱，抗风化能力较强，但软弱夹层泥岩抗压强度及抗风化能力均弱;还有桐柏县东南及西北一带分布的粘性土单层土体，由中更新统冲洪积及上更新统冲湖积粉土、粉质粘土组成。具有吸水膨胀、失水收缩和反复收缩变形的特点。粘土弱膨胀性造成东南部及西北部部分低层建筑物成群开裂、损坏。

随着社会经济的不断发展，各种人类工程活动不断增强，对自然环境破坏日趋严重。在城乡建设过程中，往往采取开挖坡脚获得更多的建设用地，边坡的开挖使其临空面增大，破坏了斜坡的稳定性。该县矿产资源丰富，矿山企业开采形成大量矿渣，开采形成高陡边坡发生斜坡失稳，开挖斜坡修筑公路，使边坡变高变陡，形成不稳定斜坡及人工危岩体，在降雨等因素影响下，可能发生滑坡、崩塌等地质灾害;水利工程设施较多，在工程施工及使用过程中，对周围环境造成较大影响。如边坡开挖、库水渗漏浸润等易引发滑坡、崩塌等地质灾害［1］。

2 地质灾害特征

2．1 地质灾害类型

桐柏县地质灾害分别为崩塌20处、滑坡7处、泥石流10处、地面塌陷3处及不稳定斜坡(隐患)12处(表1、图1)。

表1 地质灾害点与地质灾害隐患点统计表Table 1 Statistical table of geological disaster points and potential geological hazard points

图1 地质灾害发育类型饼图Fig.1 Pie chart of geological disaster development types 1．滑坡;2．崩塌;3．泥石流;4．不稳定斜坡;5．地面塌陷。

2．2 地质灾害发育特征

2．2．1 崩塌

本次实地调查20处崩塌，均为小型，坡体的破坏形式以坠落、滚动为主。其中18处岩质崩塌主要分布在桐柏县东北部、中部、南部的低山丘陵区域修路切坡地段。由于区内断裂构造少见，崩塌多为沿垂向节理、裂隙发生崩落，另外由于崩塌多沿公路分布，妨碍交通，堆积体大多在3个月内被清除，不易长期保存。另外的2处土质崩塌均为洪水冲刷和掏蚀引起的河岸崩塌。以固县镇南柳扒崩塌为例，近年来几乎每年河岸要后退0．5～1 m左右，相当于每年损失约0．3 hm2耕地，其危害具有较强的持续性。

据崩塌资料统计，产生崩塌的坡型一般为凸型或直线型，坡高3 ～25 m，坡度多为70°～85°，85°～90°次之。土质崩塌变形模式主要为拉裂式，基岩崩塌主要存在倾倒式和拉裂式两种变形模式。

在降雨作用下，岩土体空隙裂隙逐渐饱和，自重及孔隙水压力增大，力学强度下降，力学平衡状态逐步破坏，岩土体沿某一结构面发生蠕变，随着降雨继续，蠕变加快，当自重及孔隙水压力超过岩土体极限平衡力后迅速变形形成垮塌。

2．2．2 滑坡

调查共发现滑坡7处，大多位于低山丘陵区，以修路或建房切坡诱发的滑坡居多。其中中型滑坡1处，小型滑坡6处，均为土质滑坡。

平面形态一般为半椭圆形、宽三角形及半圆形，滑坡后壁平面形态多呈典型的圈椅状，形态明显。滑坡体长度主要集中在50～80 m，宽度主要集中在15～70 m，厚度主要集中在2～5 m。滑坡体积为(0．06～30)×104m3。后壁坡度一般较大，多在65°～90°之间，坡向与原坡向基本一致，坡度明显大于原坡面;顶部与原斜坡坡面相交，形成明显的坡度转折棱坎，滑坡越新转折越清晰;滑坡上部侧壁与后壁特征相近，下部两侧向外扩展。在斜坡上中部形成凹地，凹地两侧即为上部侧界。滑坡前缘出露于河流或沟谷斜坡坡脚，在滑坡体表面自上而下可见逐级错降的台坎，坎高多在1～2 m，坡度一般在70°～80°。

滑体物质构成为坡积的含粉质粘土、粉土的块石土和残积的粉质粘土。滑体在滑动时松动解体，稳定后在重力作用下又重新压密固结。在斜坡坡脚和冲沟处，可以见到固结混杂的土体。仅在滑坡前缘，出现下部基岩风化壳被错动，可见土石混杂体。在降水入渗作用下，使滑坡体内形成地下水，在滑坡前缘一般有少量地下水渗出现象。基岩滑带受斜坡结构面控制，主要分布在松散层与基岩接触带部位。滑带土厚0．3～0．5 m，岩性多为粉质粘土、碎石土可见镜面、擦痕。滑床为基岩。

滑坡的形成机制比较简单，主要为牵引式和推移式。牵引式滑坡以蔡冲滑坡最为典型，主要形成原因为居民在坡脚切坡建房，修建排水沟，使斜坡下部失稳先滑，上部失去支撑而变形滑动。推移式滑坡以汪沟滑坡最为典型，主要形成原因为在滑坡体中上部修建村村通公路等人类工程活动，导致滑坡体载荷过重，上部岩层滑动，挤压下部产生变形，最终失稳。斜坡岩土体在降水作用下逐步达到饱和至过饱和状态，岩土体自重及孔隙水压力增加，力学强度降低，岩土体前缘失去支撑导致受力失衡，在临空面适当位置发生变形剪出。

2．2．3 泥石流

依据泥石流规模级别划分标准，中型泥石流2处，其余8处均属小型泥石流。按照泥石流的活动状态来分类，除了火神庙、大石桥两处处于形成期，其他均已进入停歇期或者休止期。

泥石流沟多发育在县城南部桐柏山低山区和丘陵区，泥石流的平面形态呈喇叭形、长条形，剖面形态多呈阶梯形，沟谷形态多呈U形谷，个别呈V形谷。沟谷发育，切割强烈，两侧坡度多在30°以上，主沟纵坡降多在20°～37°左右，个别达45°，且汇水面积较大，便于集水，为泥石流形成提供汇水和势能条件。

在桐柏山周围，主要分布的是片麻岩、变粒岩及花岗岩体。节理十分发育，风化强烈，风化深度＞10 m，岩石非常破碎，结构松散，有小型滑坡、崩塌现象，在山脚下有松散物质堆积。坡谷区表层岩石风化强烈，破碎严重，沟谷中有人为堆积的大量碎石及残坡积物和冲洪积物广泛分布。泥石流流域面积多在3～10 km2，个别达到13 km2。松散物贮量多在1．2×104～2×104m3/km2，为泥石流提供物源。

区内降水量充沛，为泥石流形成提供有利水动力条件，泥石流发生时间一般集中在6、7、8三个月。特殊的水动力条件使得多数泥石流沟以洪冲为主，淤积次之。

在连续降雨条件下，斜坡岩土体饱和度逐渐增加，力学强度逐渐降低;随着降雨继续及雨量加大，斜坡径流深度增加及径流加快，降雨入渗补给地下水量增大，岩土体处于饱和或过饱和状态，此时不仅自重增加，力学强度降至最低值，而且孔隙水压力继续加大，土体内部因孔隙水压力急剧上升而造成土体平衡力失衡而发生滑坡;而岩体则因平衡条件破坏发生崩塌，崩滑体冲入沟道参与洪水形成泥石流。河道则因急速的洪流侵蚀冲刷沟床堆积物细颗粒启动搬运，进而带动粗颗粒物质运动直至揭底形成泥石流［2］。

2．2．4 地面塌陷

桐柏县矿产资源丰富，桐柏银矿、银洞坡金矿、大河铜矿、宝石崖铁矿均是开采时间较长的中、大型矿山，矿区历史上均多次发生过地面塌陷。塌陷坑面积多为180～2 400 m2，塌陷深度在5．3～20 m，根据地面塌陷的规模分级标准，均属于小型地面塌陷。采矿形成的大面积采空区是主要诱因。

地面塌陷分布区域一般属于丘陵地貌，地表一般为新生界第四系，下伏坚硬矿层，地下采空区成为形成地面塌陷的主要场所。从地面塌陷发生的时间来看，一般在6－9月，降雨较为集中的月份。原因是雨季时期采空区上覆地层自重增大，松散土体处于临界状态，使土体饱和、软化增荷，岩土体工程地质条件恶化，从而加速失稳，引起塌陷。

2．2．5 不稳定斜坡(隐患)

不稳定斜坡在调查区普遍存在，由人类工程活动而形成的为10处，自然形成的仅有2处。

区内斜坡主要有两种类型:土质—基岩和基岩斜坡。土质—基岩斜坡，由于工程、水文地质条件截然不同，如下部有切坡现象，遇上暴雨天气，易引发滑坡。而基岩斜坡有两种情况易成为不稳定斜坡，一是斜坡结构类型为层状，层理面与坡向相同或相近，再加上斜坡前缘切坡，易引发滑坡;二是斜坡结构类型为块状，相交垂直—近于垂直节理裂隙十分发育，如切坡形成高陡边坡，易发生倾倒式崩塌。

当原始坡度在21°～40°，滑坡发育;当原始坡度在41°～50°，崩塌、滑坡均有出现;＞50°没有滑坡形成，而崩塌却比较发育。据此，可以对不稳定斜坡做出初步预测:对于＜40°的不稳定斜坡，其破坏模式主要是滑坡;41°～50°的不稳定斜坡，破坏模式以滑坡为主，并伴有崩塌;当斜坡＞50°时，基本不发生滑坡，主要破坏模式为崩塌。

不稳定斜坡的发展趋势一般有两种:其一是斜坡失稳，发生崩塌或滑坡，变形破坏方式和崩塌、滑坡相同;其二是较长时间维持不稳定状态。

2．3 地质灾害分布规律

2．3．1 空间分布规律

本次调查发现的52处地质灾害沿主要交通要道、河流两侧、矿山周边分布，有25处位于公路沿线，占总数的48．08%;16处位于河流沿岸，占总数的30．77%;8处位于矿山周边，占总数的15．38%，这三类加起来占总数的94．23%。

剥蚀丘陵区风化层覆盖厚度不大，河流纵横交错，沟谷密布，植被发育主要以低矮灌木群为主。低矮灌木根系较浅，对斜坡的护坡效应，对土壤的缠绕、固结作用明显不如高大的阔叶林。这一区域也是人类工程活动强烈的区域，地质环境受到的破坏比较大。44处地质灾害集中发生在修路建房、矿产开发等人类工程活动较强烈的地区。

2．3．2 时间分布规律

地质灾害在时间上也呈现出集中分布的规律。滑坡、不稳定斜坡、崩塌基本发生在全新世以来，主要受人类活动影响。在一年之内，雨季地质灾害相对集中。

2．4 地质灾害稳定性

依据崩塌滑坡泥石流详细调查规范以及滑坡、泥石流防治工程勘查规范和野外调查资料计算分析判断:该区崩塌现处于较稳定状态的为5处，不稳定的15处;滑坡不稳定的5处，较稳定2处;泥石流稳定性(易发程度)有2条为易发，3条为轻度易发;不稳定斜坡(隐患)稳定性较差状态的为2处，稳定性差状态的10处;地面塌陷2处较稳定，1处不稳定［3］。

3 防治对策

针对全县不同地质地貌单元，实行保护和利用相结合的方针;高度重视地质环境保护与地质灾害防治规划;加强地质环境监测与资料积累;继续重视地质灾害防治知识教育与群测群防网络建设。

3．1 生物措施

生物防治主要指恢复植被和合理耕种。采取乔、灌、草等植物科学搭配，有计划的提高森林和植被的覆盖率，充分发挥其滞留降水、保持水土、调节迳流等功能，从而达到防止地质灾害的发生，减小灾害发生规模，减轻其危害程度的目的。在崩塌、滑坡体表面植树种草，防止雨水下渗造成侵蚀，有利于固坡和防止崩塌、滑坡的发生。

3．2 工程措施

对不同类型的地质灾害，从致灾体和受灾体两方面采取措施进行工程治理。滑坡地质灾害采取减荷、排水、支挡等措施消除或削弱致灾体的活动能量;崩塌、不稳定斜坡地质灾害采取清除、部分削坡、排水、加固等措施解除或减缓灾害体的活动，通过拦截、遮挡等措施以保护受灾体免受灾害破坏;泥石流地质灾害采取拦挡、排导、停淤、疏浚等工程，防止其造成较大的损害;对地面塌陷灾害采取排水、填夯和加固等措施来消除灾害的影响，并辅助生物工程等措施。

3．3 行政措施

人类工程活动是引发地质灾害最重要的因素之一，政府要加强对建设用地审批和居民房屋建设的管理工作，不仅要做好地质灾害防治方面的科普知识教育，集中规划宅基地，更重要的是加强矿山管理工作。一方面对区内矿山排土场、堆渣场地质灾害风险较大的要立即进行削方减载、修建挡墙等工程措施以消除隐患;另一方面，要加强矿山排土场、堆渣场管理，敦促矿山企业科学、合理、有序地排放废矿渣，避免形成新的地质灾害隐患;同时，还要加强安全部门与国土部门在尾矿库管理方面的衔接、合作。