巧家县城及后山斜坡地质灾害发育特征与工程地质分区

陈友生

(成都理工大学 环境与土木工程学院，四川 成都 610059)

0 引 言

云南巧家县城(白鹤滩镇)位于金沙江右岸，地理位置为东经102°54'，北纬26°54'，距离白鹤滩水电站坝址40 km，是白鹤滩库区最大城镇.县城主体建筑分布在海拔780 ～1 000 m 之间，海拔在640 ～780 m 之间为人口较密集的村落.巧家县属典型的亚高山深切割地貌，新构造运动强烈，主要有金沙江深大断裂、小江深大断裂、则木河断裂、五莲峰断裂及次级断裂发育.巧家县城及后山斜坡整体地势东高西低，地形陡缓相间，呈现出明显的滑坡地形——圈椅状地形，由陡峭的后壁，侧壁及其以下的斜坡组成［1－3］.在建的白鹤滩水库建成以后，正常蓄水后水位变幅在海拔765 ～825 m 之间，县城及周边将被淹没，因此要修建安置区对大量的人口进行安置，由于巧家县城后山独特的地质环境，要保证安置区选址的合理性以及房屋建成后的整体稳定性，厘清场地的工程地质条件将是一项首要开展的重要工作［4－5］.本研究通过对巧家县城及后山斜坡进行详细地质调查，对地质灾害的发育特点和发育规律进行了总结，并据此提出了巧家县城及后山斜坡工程地质分区评价.

1 巧家县城及后山斜坡灾害发育特点

2014年8月3日云南昭通鲁甸发生5.1 级地震后，巧家县发现新增多个地质灾害隐患点.通过对县城周边斜坡地质灾害进行实地调查，共查出地质灾害及隐患点37 处，其中崩塌14 处，滑坡12 处，泥石流4 处，不稳定斜坡7 处，其中具有威胁对象的有17 个，主要分布于海拔1 200 m 以下县城周边区域.

1.1 滑 坡

研究区域滑坡有2 种类型:第四系堆积体滑坡和基岩滑坡.钻孔揭示巧家后山海拔1 000 m 以下至金沙江边均为深厚(厚度达数十米至约300 m)的冲洪积层，海拔1 000 m 以上为出露基岩.本次调查的12 处滑坡中，仅有1 处为岩质滑坡，其余11 处为堆积层滑坡.岩质滑坡位于迤博村4 社，N26°53'48.75″，E102°56'58.57″处.该滑坡出露基岩为强风化白云质灰岩，节理裂隙发育，岩石破碎，坡面顺层，前部有一采石场，开挖石方爆破震动岩体，开挖后坡体高陡且无支挡，引起坡体产生顺层面蠕滑.其余11 处堆积体滑坡分布于海拔700 ～1 000 m 的区域，为后山与县城陡缓交界区域，地形坡度为15 ° ～25°，由山前洪积物和金沙江冲积物湖相沉积物交互沉积而成.洪积物主要为全风化玄武岩碎砾石、混合土碎砾石，阶地冲积物主要由砂、卵砾石和粉土等组成.该区域位于小江断裂带最北端，构造活动强烈，人类活动频繁，如公路修筑，房屋建设，滥砍滥伐等，导致地表破坏严重，雨水下渗通畅.该区域滑坡均为推移式滑坡，且为浅层滑坡，滑体厚度一般为5 ～10 m，规模为大多为中小型，方量为5×103～150×103m3.

1.2 崩 塌

研究区域14 处崩塌中，有1 处为土质崩塌，其余13 处为岩质崩塌.土质崩塌发育于迤博8社安置区背后的人工边坡，该边坡坡长约150 m，坡高约10 m，坡度50 ° ～60 °，坡体为第四系残坡积块碎石土.由于修建安置区房屋开挖人工边坡切削坡脚而未做加固处理，导致扰动松散的块碎石土发生垮塌，方量约100 m3.岩质崩塌主要发育于金沙江岸坡4 条泥石流沟沟壁，以及古滑坡体后缘及侧壁.金沙江岸坡崩塌点岩性为砂岩、板岩，风化强烈，节理裂隙发育，岩体破碎.该崩塌危岩体为修建公路开挖边坡形成，由于边坡陡峭，节理裂隙发育，在降雨、地震等因素作用下，易沿卸荷裂缝或不利组合面(线)发生垮塌.后山斜坡主要发育4 条泥石流沟，沟壁陡峭，出露基岩主要为二迭系下统茅口组、栖霞组、梁山组灰岩，白云质灰岩，强风化，节理裂隙发育，岩体破碎，沟壁顶部往往发育大量卸荷张拉裂缝，导致危岩体易沿着节理裂隙以及岩层面发生滑移、坠落.古滑坡体后缘及侧壁坡壁绵延数公里，高100 ～300 m，出露基岩为泥盆系中统幺棚子组(D2y)泥砂质白云岩、灰岩夹粉砂岩、页岩组成灰岩，中统峨眉山玄武岩(P2β)，岩层倾角约5 °～20 °缓倾坡外，节理裂隙发育，倾角50 °～75 °.层面和节理裂隙将基岩切割成块状，且坡顶往往发育大量卸荷裂缝，整个后缘及侧壁发育11个崩塌点，类型主要为滑塌式和坠落式.

1.3 不稳定斜坡

研究区域不稳定斜坡主要位于海拔700 ～1 200 m的陡缓交界地带，均为土质斜坡，多发育于公路，采石场上部斜坡，坡度约20 ° ～30 °，土体松散，植被以草类为主，根系不发达，加之人工切削坡脚，使坡体达到失稳临界状态.此外，该斜坡后缘发育大量张拉裂缝，前缘局部鼓胀，公路边坡变形，规模均为中小型.

1.4 泥石流

巧家县城后山主要有4 条泥石流沟，调查发现，近20年来，县城后山未爆发过泥石流灾害.目前，沟道内植被茂密，以灌木丛为主，仅沟口采石场及沟道内公路两侧斜坡发育少量物源，总体来讲物源量稀少.据此判断这4 条泥石流沟已经处于老年期，不易爆发泥石流灾害.

2 巧家县城及后山斜坡灾害分布特征

2.1 地质灾害的分布与地形地貌的关系

巧家县城斜坡整体地势东高西低，后山斜坡陡缓相间，缓坡上又可分为多级陡缓相间的台坎.海拔为2 100 ～2 300 m、1 600 ～1 800 m、1 100 ～1 300 m及900 ～1 000 m 为坡度为25 ° ～30 °的陡坡;海拔2 300 ～2 600 m、1 800 ～2 100 m、1 300 ～1 600 m、1 000 ～1 100 m 及900 m ～江边的区域为5 ° ～15 °的缓坡.在海拔700 ～1 000 m 的范围内，坡度15 °～25 °，为县城和后山斜坡陡缓交界地带，主要发育滑坡和不稳定斜坡灾害，其中，崩塌、滑坡、不稳定斜坡分布于海拔1 000 m 以下21 处，分布于七里村、黎明村、黎明新村和迤博村，坡度一般为15 ° ～20°，其中坡度最大的为葫芦口大桥崩塌，坡度70 ～80°;分布于海拔1 000 ～1 300 m 的6 处，坡度一般为15 ° ～25 °;分布于海拔1 800 ～2 000 m 的有1 处，坡度为20 °.古滑坡后缘的崩塌带，分布于海拔2 600 m 处，坡度为50 ° ～75 °.

2.2 地质灾害的分布与岩土性质的关系

地层岩性是地质灾害产生的物质基础.巧家县城斜坡位于近南北向的水坪子背斜西翼，轴部地层为泥盆系中统么棚子组(D2y)，由中层块状泥砂质白云岩、灰岩夹粉砂岩、页岩组成，底部为黄绿色泥质石英砂岩、灰质页岩、紫红色页岩互层.翼部为二迭系下统茅口组、栖霞组、梁山组(Pl)和中统峨眉山玄武岩(P2β)组成.基岩一般分布于海拔1 000 m 以上的区域，岩层基本顺坡，产状一般为N 0 ° ～30 °、W/SW/10 ° ～40 °，节理裂隙发育，岩体破碎.因此，在古滑坡后缘崩塌带，几条泥石流沟的陡峭沟壁上均发育有一定规模的崩塌、滑坡以及不稳定斜坡，其滑面为顺强风化于中风化的分界层面或节理裂隙组合面.海拔1 000 m 以下县城周边缓坡由山前洪积物和金沙江冲积物湖相沉积物交互沉积而成，洪积物主要为全风化玄武岩碎砾石、混合土碎砾石、碎石混合，阶地冲积物主要由砂、卵砾石和粉土等组成，堆积密实，湖相沉积物主要为黏土层、砂层组成.主要发育中小规模的滑坡和不稳定斜坡.

2.3 地质灾害的分布与地质构造的关系

地质灾害的形成于地质构造关系密切，在断层带等构造复杂区域，地质构造对地质灾害的控制性作用更加明显.研究区域新构造运动强烈，主要有金沙江深大断裂、小江深大断裂、则木河断裂、五莲峰断裂及次级断裂发育，地形地貌，构造格架主要受区域性断裂带控制.通过对本次调查的地质灾害隐患点分布情况与地质构造分布的对比分析发现，灾害点主要沿断裂带分布，巧家县为地震多发区，基本烈度为Ⅷ度，多个隐患点在鲁甸地震后变形迅速增大.

2.4 地质灾害的分布受人类工程活动的影响

人类活动对地质灾害的发育有重要影响.本次调查的灾害点多发育于海拔700 ～2 000 m 的区域.这一带是人类活动密集的地方，如公路修筑、房屋建设、开矿采石及滥砍滥伐，其结果都是破坏植被，人为制造坡体临空面，造成坡体松散开裂，也为雨水下渗提供通道，故地质灾害十分发育.而海拔2 000 m以上的区域人类活动较少，植被茂密，坡体完好，雨水下渗通道较少，虽然降雨量较大，但灾害点较少.在37 处崩塌，滑坡，不稳定斜坡灾害点中，有26 处受人类工程活动控制或影响.

2.5 地质灾害的分布受降雨影响

降雨是诱发地质灾害的主要因素之一.降雨对滑坡的影响主要表现为:降雨沿坡面流动或入渗到坡体，增大坡体重量，增大下滑力，降低岩土体内聚力;当坡体内有隔水层时，聚集在隔水层处的水将降低隔水层上部土体抗剪强度;水沿隔水层向坡面外流动时，产生指向坡外的动水压力.巧家县城周边多年平均降雨量为801.5 mm，随高程增加降雨量逐渐增大，海拔2 600 m 区域降雨量增大到县城周边降雨量的1.8 倍.巧家县雨季(5 ～9月)降雨约占全年89.5%.本次调查的灾害点多在7 ～8月产生或变形迅速增大，雨季的变形量大于全年变形量的80%.

3 巧家县城及后山工程地质分区评价

考虑到影响工程地质条件的因素的多样性和复杂性，本研究利用ArcGIS 分析工具对巧家县城及后山工程地质分区进行分析比较.其分析步骤为:①确定评价指标;②根据指标信息，建立栅格数据图层;③基于层次分析法进行指标权重赋值;④利用Arc-GIS 的空间分析功能进行叠加计算;⑤根据得到的综合图像栅格的范围，对图像进行重分类处理，得到最终的分区图像.

3.1 评价指标的选取

根据地质灾害的发育特点和分布规律，选取以下6 个因子作为评价指标.

1)坡度(地形地貌).巧家县城周边及后山为陡缓相间的地形，出露的基岩基本为顺坡向，因此对地形地貌主要考虑坡度条件，不再考虑坡向因素.研究区域的坡度最大约80 °，将坡度分为如下5 个级别:0°～8 °，8 °～15 °，15 °～25 °，25 °～40 °，40 °～80 °.

2)工程地质岩组.工程地质岩组是地质灾害发育的物质条件.本研究将工程地质岩组划分为5 类:冲洪积类，主要为县城及周边区域;崩坡、残破积类，主要分布于后山海拔1 400 ～1 000 m 范围;古滑坡体，为后山古滑坡圈界范围内的区域;相对硬质岩类、即灰岩、白云岩、玄武岩、砂岩以及它们的组合地层;相对软岩类，黏土岩、页岩、泥岩、板岩以及它们的组合地层.

3)地质构造.地质构造因素主要考虑发震断裂带的影响距离，按距离断层带的距离划分为5 个等级:0 ～200 m，200 ～500 m，500 ～1 000 m，1 000 ～2 000 m，2 000 m 以上.

4)人类活动.人类活动是地质灾害的重要诱发因素.在研究区按距离公路和开采点的距离划分为5 个等级:0 ～50 m，50 ～100 m，100 ～300 m，300 ～800 m，800 m 以上.县城及周边的公路填挖量小，不考虑其影响.

5)降雨.降雨对地质灾害的发育有重要影响.根据搜集到的降雨资料，绘制了降雨等值线图.将降雨量划分为5 个等级:800 mm 以下，800 ～900 mm，900 ～1 000 mm，1 000 ～1 200 mm，1 200 mm 以上.

6)历史灾害点密度(不良地质现象).根据调查的研究区的地质灾害点，按密度(个/km2)划分为5个等级:0 ～0.5，0.5 ～2，2 ～4.5，4.5 ～6，6 ～7.5.

3.2 基于层次分析法的指标赋值

由于各指标对研究目标的影响不同，所以确定各指标的影响大小是工程地质分区中的一个重要环节.层次分析法(AHP)是一种将定性与定量相结合来确定各评价因子的合理权重的方法，具有层次性、系统性、代表性等特点.一般包括3 个步骤:①决策者对构成一个复杂问题的所有要素进行层次分解.②对这些要素在考虑它们之间内在关联性的基础上按规定给予一定的数值.③通过求解这些数值构成的矩阵得到因子权重.最后要进行一致性检验，当随机一致性比率CR ＜0.1 时，一致性满意;反之就需调整判断矩阵，直到满意.

巧家县城及后山工程地质分区评价指标的取值如表1 所示.

3.3 利用ArcGIS 空间分析功能进行叠加计算

首先，将研究区域划分为10 m ×10 m 的栅格，对每个评价指标建立相应的栅格图层，每一个图层中的每个栅格都获得该指标相应的权值，利用Arc-GIS 的空间分析功能，对各图层进行栅格叠加运算，计算后每一个栅格得到一个值，该值为所有评价指标在该栅格处的加权平均值，通过加权平均值的比较来实现对每一个栅格的评价.栅格代数计算的公式为，

式中，S 为栅格加权总和值;pi第i 个指标(第i 层图像栅格)的权重;ωij为第i 个指标第j 分项的权重.

表1 巧家县城及后山工程地质分区评价指标权重

3.4 计算结果及分区评价

经过计算，最后的到的栅格值的范围为0.275～0.95，按自然间断点法将其重新划分为4 类，并相应赋予其工程地质评价等级:＜0.6，工程地质条件极差;0.6 ～0.7，工程地质条件差;0.7 ～0.825，工程地质条件一般;0.825 ～0.95，工程地质条件好.工程地质条件分区评价结果如表2、图1 所示.

表2 工程地质条件分区评价结果

1)工程地质条件好区.主要分布于过境路以东至江边的区域，以及野鸭塘，邱家湾子等地，占整个研究区域面积的19.5%.该区域适合人类生活居住，工业建设.

2)工程地质一般区.主要分布在县城国境路以西至大坪、旱谷地、唐家山、黄葛村等地，占整个研究区域面积的31.6%，该区域比较适合人类生活居住，局部地区适合工业建设.

3)工程地质差区.主要分布于水碾河沟，石灰窑沟流域，以及古滑坡体上地势陡峻的地方，占整个研究区域面积的30.4%.该区域不适合人类居住和工业建设，建议加强环境保护.

4)工程地质极差区.主要分布于古滑坡后缘及其周界，白泥沟、黑泥沟沟流域，葫芦口以北的金沙江岸坡，山区公路及采石场，采矿点临近区域，占整个研究区域面积的18.5%.该区域不适合人类居住和工业建设，建议加强对灾害的监测和治理，加强环境保护.

图1 工程地质条件分区评价图

4 结 语

由于独特的地质环境和水文条件，巧家县城及后山斜坡地质灾害具有独特的发育特点，主要体现为:滑坡和不稳定斜坡主要分布在陡缓交界的第四系残坡积、崩坡积层中，表现为推移式;崩塌主要受2 ～3 组不理结构面的控制，表现为滑塌式和坠落式;泥石流不发育.巧家县城及后山斜坡地质灾害的分布上受坡度、地层岩性、地质构造(发震断裂带)、降雨，人类工程活动等因素的影响，其中主要影响因素为人类工程活动、坡度、地质构造(距发震断裂带距离).同时，根据地质调查和地质灾害的发育分布规律的总结，本研究据此提出了研究区域的工程地质分区评价及场地适用性建议.

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