泸(定)石(棉)高速公路沿线地质灾害类型及成因
2014-12-31陈文军谢立香张玲珑王昌念
陈文军,谢立香,张玲珑,王昌念
(四川省煤田地质工程勘察设计研究院,成都 610072)
泸(定)石(棉)高速公路位于四川省雅安市和甘孜州境内,是一条连接雅康高速公路与雅西高速公路的联络公路,泸石路将快速改变甘孜州的交通环境,有利于甘孜州区域经济的进一步发展;同时,它对于完善四川省高速公路网、加密区域路网、带动沿线旅游资源开发以及维护藏区稳定等方面都具有重要作用。但线路沿线地质环境复杂,新构造运动活跃,降雨量充沛,松散层岩层分布广泛,内外地质作用强烈,地质灾害频发。本文在野外实地调查和相关资料整理的基础上,重点分析公路沿线地质灾害的类型、成因、发展趋势并提出相应防治对策。
1 公路沿线的环境地质条件
泸石高速公路近南北向展布,线路以泸定县伞岗坪互通(雅康高速公路)为起点沿大渡河至石棉县东南部大杉树互通(雅西高速)为终点,地理坐标东经102°09′03″~102°22′5″,北纬29°12′39″~29°58′9″,线路全长97.122km,沿线地质环境条件复杂。
1.1 地形地貌[1-2]
该路段处于川西高原与四川盆地的过渡带,地形地貌主要受构造和岩性的制约,山高谷深,坡陡岭峻,岭谷相间,为典型的深切割中山宽脊沟谷地貌。海拔总体北高南低,线路起点伞岗坪高程1800米左右,线路终点大杉树高程约890m,相对高差910米左右;区内山脊宽缓,山坡上缓下陡,上部坡度小于30°,下部坡度45°左右。河谷近南北向发育,横断面呈“V”字型,切深一般大于1000m,两侧“V”字型支沟呈树枝状发育,沟口高悬,由于主支沟切割深度和岩性差异,常见小型瀑布及跌水。
1.2 气象[1-2]
该路段气候属于亚热带季风气候,受东南、西南季风和青藏高原冷空气双重影响,表现为干雨季分明等气候特点。区内年均气温为 15.4℃,地面温度变化明显,白天和夏季高,夜间和冬季低;低海拔的河谷地区地温高;高海拔的高山地区地温低。区内降雨量有明显的时空差异。多年平均年降水量为1200.9mm,但分布不均,11月至次年4月受南支西风的气流控制,空气干冷,雨量稀少,降水量仅占全年10%左右;一般5月至10月受西南季风气流控制,空气暖湿,雨量逐渐增多,降雨量占全年的90%以上,其中6、7、8三个月占这一时期的64%以上,这是激发泥石流和滑坡灾害的重要原因。
1.3 构造与岩性
在大地构造上,线路位于川滇南北向构造带北段与北东向龙门山断裂带、北西向鲜水河断裂带交接复合部位,在具体构造部位上,线路主要沿大渡河断裂展布。公路沿线出露的地层与岩性较为单一,以岩浆岩出露较广,主体为晋宁期—澄江期侵入岩,岩性以斜长花岗岩、花岗岩、闪长岩为主(俗称“康定杂岩”),其次为第四系各种不同成因类型的松散堆积层沿河谷及谷坡分布,冲洪积广泛分布于沟口、河床及两岸阶地,残积、崩坡积、冰川、冰水堆积主要分布于山顶平台及缓坡地带(图1)。
1.4 新构造与地震
公路沿线为川西强烈抬升区,跨越不同构造带,差异性活动明显。喜马拉雅运动伴随青藏高原的强烈隆起和向SEE方向的水平推挤,加剧了各断裂带及其被分割的断块的新活动性。表现为大面积间歇性急速抬升,断块之间的不均匀性活动形成“Y”字形区域构造框架。
线路沿活动相对较弱的南北向大渡河断裂带展布,主要活动时期为中更新世中期至晚更新世。但线路与鲜水河和龙门山强活动性断裂带相交,对线路影响较大。根据地震资料统计[2]:自公元1216年以来,共记载7.0~7.9级地震7次;6.0~6.9级地震21次;5.0~5.9级地震71次。
图1 线路区地质构造略图
2 地质灾害类型及成因
2.1 沿线地质灾害概况
根据野外调查成果,该线路沿线发育的地质灾害类型为泥石流、滑坡(不稳定斜坡)、危岩崩塌等。其中以泥石流最为发育,其次为滑坡、不稳定斜坡。
2.2 地质灾害类型
2.2.1 泥石流
线路途经泥石流灾害47处,主要为沟谷型,影响线路8000m,占线路总长的 8.24%。通过野外调查资料统计,沿线泥石流对公路构成威胁的均为沟谷型泥石流,其规模大部属中-大型,少量为小型,多为大雨、暴雨诱发型,偶见在春季爆发雨水和冰雪融水混合成因的泥石流。沿线沟谷型泥石流的主要地形特征为:在形成区上游多呈漏斗型、勺型冰蚀地貌,有利于冰雪融水或大气降雨的迅速汇集;在泥石流的形成流通段,地形起伏大,岭谷高差大,纵坡一般为15%~30%,谷坡一般为50°~70°,沟谷多呈“V”型,有利于谷坡松散堆积侵蚀和汇集于沟道;在出山口附近沟谷变窄呈“U”字型,谷坡变陡,沟岸侧蚀坍塌现象普遍,为泥石流的活动进一步增加了固体物源;泥石流淤积区多位于主河道相对较宽阔的河谷地或冲洪积台地,地形平缓,泥石流堆积体多呈扇型,堆积物以块碎石、漂砾石土组成。沿线泥石流多为稀型和水石型。公路多沿泥石流流通区或淤积区通过,部分路段为群发性泥石流,如里程K18—K21段杵坭乡泥石流群,对公路的影响较大。
表1 地质灾害类型及危害性
2.2.2 滑坡(不稳定斜坡)
线路途经滑坡(不稳定斜坡)地质灾害19处,主要为土质滑坡,少量为岩质滑坡,影响线路长度3400m,占线路总长的 3.5%。滑坡多发育于大渡河河谷两侧缓坡地带,滑坡主要沿岩土分界面滑动,滑体以第四纪松散堆积物-块碎石土为主,滑体厚度较小,一般在2~10m,多为暴雨诱发;不稳定性斜坡无明显滑移界面,处于局部滑塌,剥落破坏状态。滑坡多为浅-中厚层牵引式滑坡,滑面多为基岩顶面,滑坡体积在 1.8~79.2×104m3,规模上属小-中型。公路大多从滑坡中前部通过,滑坡对公路的破坏形式为推移变形、毁坏路基等,危害较大。
2.2.3 崩塌(危岩)
图2 杵坭乡群发性泥石流场景[2]
线路途经崩塌地质灾害9处,以岩质崩塌或危岩为主,少量为危石,影响道路长1400m,占线路总长的 1.4%。崩塌(危岩)主要发育于线路段中的高陡斜坡(自然坡度 40°-80°)地带,构成崩塌及危岩的岩性主要为变质花岗岩、混合花岗岩等,由于岩层的表层风化较强烈,构造节理裂隙和卸荷裂隙发育,岩体被多组节理裂隙切割呈块状,部分岩块松动悬空,常发生崩塌、掉块现象,同时在斜坡中部还发育有岩屑流和孤石等,常砸毁公路,威胁道路施工及行车安全。
图3 K81+350处滑坡
图4 K92+800处岩质崩塌
2.3 地质灾害成因
地质灾害的形成与区域自然地质环境因素有关,主要为地形地貌、气象水文、地层岩性、植被等因素。但人类活动对地质灾害的形成起着不可避免的作用,如边坡开挖、垦荒、筑路、采矿等[3-5]。结合泸石路沿线地质灾害特点,简单分析各类地质灾害的形成原因:
2.3.1 泥石流
泥石流为固液两相流体,形成过程复杂。沿线泥石流的形成主要与流域地形条件、固体物质来源及水源等条件有关。①地形条件:公路沿线地势高亢或地形切割较深。沿线沟谷型泥石流的主要地形特征为:在形成沟谷以前有大片的终年积雪区或基岩区,且多呈漏斗型、勺型冰蚀地貌,有利于冰雪融水或大气降雨的迅速汇集;在上游泥石流的形成流通段,地形起伏大,岭谷高差达到 1000~2000m,纵坡一般为15%~30%,谷坡一般为50°~70°,沟谷多呈“V”型,有利于谷坡松散堆积侵蚀和汇集于沟道,为泥石流的形成和流动提供较好的势能条件;中游段沟谷大多变窄,谷坡变陡,纵坡相对变缓,呈“U”字型;下游多为与主河道相较宽阔的河谷地或冲洪积阶地,地形平缓,受侵蚀基准面的影响,大大减缓了沟谷的发育进程,为泥石流的淤积创造了条件。②物源条件:区内物源主要为斜坡或谷坡崩残坡积物、沟床冲洪积物、老泥石流堆积物和第四系冰水堆积物等,以上成因类型松散堆积具有面广量大的特点。沟床堆积物绝大部分参与泥石流活动,老泥石流堆积物主要在扇顶新冲沟两侧部分易参与新泥石流的活动。③水源条件:公路沿线泥石流的水源主要为大气降水,其次为冰雪融水,冰雪融水是构成沟谷型泥石流沟道枯季迳流的主要水源,大气降雨则是泥石流的激发条件。据泸定县气象局资料,区内多年平均年降水量为1100 mm,但分布不均,主要集中于5月~9月,占全年降水量的86.4%,同时,山地降雨多于河谷地带,且多以暴雨或阵雨出现,是泥石流的主要激发水源。水在泥石流形成过程中的作用主要表现在:一是对松散固体物质浸润饱和作用,该作用持续而缓慢,为泥石流暴发前的孕育过程;二是对坡面及沟谷的侵蚀下切、侧蚀掏挖作用,为泥石流固体物源的汇集创造条件;三是泥石流形成和运动的重要动力来源。
2.3.2 滑坡
沿线滑坡主要为土质滑坡,其形成主要与地形条件、地层岩性、雨水及人类活动等条件有关。①地形地貌:泸定至石棉高速公路沿大渡河分布,由于大渡河的冲刷切割作用加之地质构造的共同作用下,线路两侧沟谷切割较深,相对高差达500~1000m,坡度较陡,斜坡坡度在30°~50°,并且在坡脚处形成高陡临空面,为滑坡的形成提供了良好的地形地貌条件。②地层岩性:公路沿线的滑坡大部为土质滑坡,滑体组成成分为残坡积、崩坡积、冰水堆积形成的松散类碎石土、砾石土。该类土一般为粉粘粒夹碎块石组成,因其结构松散,物理力学强度低,遇水易软化,透水性较好,厚度在2~10m,下伏晋宁期—澄江期花岗岩构成了相对隔水层,这种二元结构地层沿线广泛分布,有利于滑坡的形成。③水:区内滑坡(除个别老滑坡外)多为暴雨期间形成,调查中发现滑体中有饱水特征,在坡脚地带多有泉水出露,滑动面上土体含水率较高,并且滑坡后部多有更高一级的斜坡,部分坡面上分布有洼地或小型冲沟,有利于地表径流的汇集,加之该区域内集中降雨量较多,进一步促进了滑坡的形成和发展。④人类活动:沿线人类活动对滑坡的影响主要表现为:一是增加荷载,如建筑、填方、倾倒、筑堤等引起边坡超载,斜坡沿软弱面下滑,沿线石棉-田湾段形成的地质灾害均与此有关;二是开挖坡脚,在采石、筑路、水电建设等工程活动中,将斜坡人工开挖后形成了较陡峻的边坡,产生滑坡,如K8+950处不稳定斜坡、K81+350倒玉瓶滑坡;三是人为提高地下水及地表水位,区内沿大渡河兴建了一系列梯级电站,导致地下水位抬升,土层软化,当水库区蓄水后,水位提高,加之库岸边坡的再造,加剧滑坡的发生。
2.3.3 危岩崩塌
地形地貌、地层岩性、风化卸荷作用是崩塌及危岩形成的先决条件;降雨、地震和人为影响对崩塌和危岩的形成和发展起着重要的作用。①地形地貌:沿线崩塌多发生在40~80°的陡崖及高陡斜坡地带,斜(边)坡高一般40~100m,坡体前缘形成高陡的临空面,这种特殊的地形条件易于导致陡崖岩体发生卸荷变形,若层面倾向与坡向一致,容易造成碎裂的岩体的滑塌;若为反向坡,则因卸荷的作用产生崩塌掉块,斜坡底部形成凹腔,造成上部岩体卸荷崩塌掉块。②地层岩性:沿线崩塌及危岩主要发生在变质花岗岩、混合花岗岩等岩体形成的陡坡、陡崖地,其岩层的表层风化较强烈,构造节理裂隙和卸荷裂隙较为发育,易形成崩塌。③水:降雨和地表水顺岩体裂隙流入软化结构面裂隙中,带走细颗粒物质并产生不利于岩体稳定的静、动水压力,降低结构面和岩体强度而引起崩塌。④风化作用:岩体在温度场、水、日照、风等因素的长期作用下发生风化,区内年均日照时间长,昼夜、夏冬温差大,岩体在不均匀受热下,加剧岩体的风化作用,尤其对节理裂隙的扩展作用。⑤地震:线路沿大渡河断裂带展布途经鲜水河和龙门山两个强烈活动断裂带,新构造运动和地震活动强烈,破坏岩体的稳定性,加剧卸荷裂隙的发育,并为崩塌的形成提供初始动力。
3 地质灾害的发展趋势和防治对策
3.1 发展趋势
区内地质灾害多沿线路或紧邻线路分布,通过分析地质灾害分布、成因等影响因素的变化趋势,并结合线路展布,可以对区内地质灾害对线路的危害性进行预测,以便做好相应防治工作。区内地质灾害爆发的频率与季节密切相关,夏秋季节,随着降雨量的增加,特别是强降雨的出现,滑坡、泥石流、崩塌的发生概率同时加大;随着公路建设的进行,由于边坡开挖、建筑弃渣的增加将加剧或诱发地质灾害的发生。
3.2 防治对策
地质灾害的防治应采取以避让为主、预防为主、避让与防治相结合的原则,及早治理,避免或减少地质灾害的发生,把灾害损失降低到最低水平,保证拟建公路的修建和运行安全[6-7]。沿线地质灾害分布广泛,类型多,成因复杂多变。根据地质灾害与拟建公路的相对位置关系,其防治措施应更具有针对性,本文针对这一特点提出具有针对性的防治对策。
3.2.1 泥石流防治对策
拟建公路沿线泥石流分布较多,且大多与线路呈垂直相交关系,线路与泥石流的相交位置不同,其治理对策也不相同。①对公路位于泥石流冲积扇上:可采用在沟内设置多道梯级拦挡坝以固沟稳坡,对有条件的地势可采用排导槽或涵洞方式通过;②对公路从泥石流沟口跨越时:可设置大涵洞或放冲桥的形式排泄沟内冲积物及流水,并加强沟道两侧路基的防掏蚀措施;③对公路从泥石流沟内跨越时:一般采用桥的形式跨越,危害性相对较低。另外,沿线泥石流多为沟谷型,从泥石流治理工程的长远角度考虑,应采取工程治理与生物治理措施相结合方式,在泥石流发育区进行人工造林,封山育林,加强生态环境保护,同时合理规划道路建设期的施工弃渣堆放地点,避免加剧或诱发新的泥石流。
3.2.2 滑坡(不稳定斜坡)防治对策
滑坡是线路遭受的主要地质灾害之一,根据线路与滑坡相对位置关系提出不同的防治措施。①线路从滑坡前缘通过:宜对滑坡整体稳定性进行治理,可在坡脚修筑抗滑桩等拦挡工程,并完善坡面截排水工程,对滑坡体积较大者,可先进行后缘削方减载,再进行拦挡;②线路从滑坡体上通过:可采用一排或多排抗滑桩进行支挡,并在滑坡后缘和中部设置弧形截排水沟;③线路从滑坡体后缘通过:可采用半边桥或桥的形式进行合理避让,同时对滑坡的整体稳定性和危害性进行评估,并做好相应防治对策。对影响宽度较长,滑动面埋深较深的大中型滑坡,并且治理难度较大,经济可行性较低的大滑坡,若地形条件许可,可采取小范围改线避让。
3.2.3 崩塌(危岩)防治对策
根据沿线调查成果统计可知,线路大多位于崩塌危岩体下方,针对崩塌的防治措施为:对岩体较破碎稳定性较差的高陡岩质危岩体,可采用清除的方式进行防治;对清除条件较差的危岩体,可采取喷锚防护、锚杆加固、水泥灌浆加固、挂主动防护网等主动防护措施;同时在公路内侧崩坡积斜坡地带设置拦石墙、落石槽、被动网等被动防护措施,并在崩塌危岩区外侧修筑截排水沟,崩塌体下部斜坡地带进行植被恢复。
4 结语
泸(定)-石(棉)高速公路沿线发育的地质灾害类型主要为泥石流、滑坡(不稳定斜坡)和崩塌(危岩),其中以泥石流最为发育,共分布有47处,占灾害总量的62.67%,其次为滑坡(不稳定斜坡)共19处,占灾害总量的25.33%,崩塌(危岩)也是重要的灾害之一,共发育9处,占灾害总量的12%。沿线地质灾害的形成原因与区内地形地貌、地层岩性、降雨以及人类活动密切相关,其中地形地貌和地层岩性构成地质灾害形成的内在因素,降雨和人类活动是地质灾害发生的重要外在触发因素。针对线路与地质灾害的特点,提出了以工程治理为主,生物防治措施为辅的综合治理方案。
[1] 四川省煤田地质工程勘察设计研究院.泸定至石棉高速公路建设工程地质灾害危险性评估报告[R].2012.
[2] 成都地质矿产研究所.四川泸定县地质灾害详细调查报告[R].2007.
[3] 成都地质调查中心.大渡河流域(石棉县)地质灾害详细调查报告[R].2009.
[4] 李宗亮,巴仁基,等.四川泸定地区岩土体类型与地质灾害[J].沉积与特提斯地质,2010,30(1):103-108.
[5] 洪毅,廖良清,等.地质灾害气象因素成因分析[A].地质灾害气象预报预警技术文集[C].北京:气象出版社.2004.
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