武汉市地质灾害与岩土体类型关系初探

孙智杰, 孙 威, 罗莉威, 彭 慧, 范 威

(湖北省地质环境总站,湖北 武汉 430034)

地质灾害是指受自然因素或者人为活动引发的,危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害[1]。岩土体是矿产资源、地质灾害和工程建设的重要载体和物质基础,它的性质与结构、空间分布及其产出状态等在一定的动力作用下,与地质灾害的形成有着极其密切的关系,成为致灾的重要因素之一[2]。

1 地质环境背景

武汉市位于江汉平原东部,长江与汉水交汇处,是国家历史文化名城、中部地区的中心城市,总面积8 569.15 km2,其中水域面积达2 217.6 km2,占全市土地面积的26%。地势总体表现为北高南低,北部低山林立,中部为低平的长江中游冲积平原,南部丘陵、垄岗环抱,全市低山、丘陵、垄岗与平原面积分别占总面

积的5.8%、12.3%、42.6%和39.3%。

市内主要分布碎屑岩、碳酸盐岩、变质岩,花岗岩呈各类侵入体及各时代岩脉零星产出[3]。斜坡地带广泛分布风化岩层及残坡积土层,易形成滑坡、崩塌、泥石流;覆盖型隐伏岩溶条带发育,为地面塌陷的产生提供了基础条件;一、二级阶地下伏深厚的淤泥质土,是地面沉降发育的物质基础。

2 岩土体类型

2.1 土体

第四系松散堆积物广泛分布于武汉市的平原、垄岗及河流两岸、山谷低洼地带,地表面积的90%为松散堆积层覆盖。按照土体工程地质特征,可划分为粘结性土和松散状土两类,并进一步划分为5个岩组(表1)。

表1 土体工程地质类型一览表Table 1 List of the soil’s engineering geological types

2.2 岩体

岩体分为岩浆岩、碎屑岩、碳酸盐岩和变质岩四个岩类,再根据其岩石强度、结构和岩性划分岩组,共分11个岩组(表2)。

表2 岩体工程地质类型一览表Table 2 List of the rock’s engineering geological types

3 地质灾害与岩土体类型

武汉市共发育地质灾害210处,包括滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降五种类型,其中滑坡135处,崩塌33处,泥石流2处,地面塌陷33处,地面沉降7处(图1)。数量上以滑坡、崩塌居多,危害程度则以地面塌陷、地面沉降更为严重。

图1 武汉市地质灾害类型图Fig.1 The geological hazard types of Wuhan1.滑坡;2.崩塌;3.泥石流;4.地面塌陷;5.地面沉降。

对地质灾害分布情况与岩土体类型分布情况进行叠加处理,通过统计分析发现,各类地质灾害在不同的岩土体类型中发育的数量差别较大(图2)。

从不同岩土体类型之中地质灾害发育程度上分析(图3),地质灾害在粘接性土类中发育数量最多,类型以土质滑坡和地面沉降为主,占全市地质灾害总数的44.29%;其次为碎屑岩类,主要为滑坡、崩塌以及采空区地面塌陷,占总数的22.86%;碳酸盐岩类中主要发育岩溶地面塌陷,局部发育有滑坡、崩塌、泥石流,占总数的17.14%;变质岩类中发育滑坡、崩塌、泥石流,占总数的15.71%;松散状土类、岩浆岩类中未发育地质灾害。

图2 各类地质灾害在不同岩土体类型中的发育数量图Fig.2 The number of each geological hazard in different types of rock and soil1.粘结性土类;2.松散状土类;3.岩浆岩类;4.碎屑岩类;5.碳酸盐岩类;6.变质岩类。

3.1 滑坡与岩土体类型

滑坡是武汉市最多发的地质灾害类型,共135处,占全市地质灾害总数的64.29%。其中土质64处,占47.40%;岩质49处,占36.30%;岩土混合质22处,占16.30%。因滑坡体下伏基岩岩性及风化程度不同,地表第四系物质组成各不相同,滑坡的发育程度也有所差异。

图3 不同岩土体类型中地质灾害发育程度图Fig.3 The development of geological hazards in different types of rock and soil1.粘结性土类;2.松散状土类;3.岩浆岩类;4.碎屑岩类;5.碳酸盐岩类;6.变质岩类。

3.1.1 滑体与岩土体类型

滑体是滑坡的整个滑动部分,分析表明,粘结性土、碎屑岩类、变质岩类为区内滑坡易发岩土体。滑体物质组成为粘土最多,共64处,占总数的47.41%;其次为石英砂岩,共28处,占20.74%(表3)。

表3 武汉市滑坡滑体岩土体类型一览表Table 3 List of landslide lithology in Wuhan

3.1.2 滑床与岩土体类型

滑床是滑坡体滑动时所依附的下伏岩体,也是滑坡发育所在斜坡的母岩。分析表明,滑床主要发育在碎屑岩类及变质岩类中,其中石英砂岩共68处,占50.37%(表4)。

表4 武汉市滑坡滑床岩土体类型一览表Table 4 List of slide bed lithology in Wuhan

从岩土体类型及其特性分析,滑坡在坚硬中—厚层状石英砂岩中发育最多,坚硬块状混合岩、片麻岩和坚硬—较坚硬层状—片状片岩两类岩组次之。上述岩组分布区内,部分地段曾属于采矿区,露天采石活动较频繁,加之岩性软弱易风化,滑坡较易发生。

3.2 崩塌与岩土体类型

武汉市崩塌共33处,占全市地质灾害总数的24.44%。其中表层土质崩塌4处,占12.12%;岩质崩塌29处,占87.88%。因岩石物理力学性质差异,岩体中软弱结构面的发育程度不同,崩塌的发育程度也有所差异。

据对崩塌体母岩岩土体类型分析表明,碎屑岩类、变质岩类为区内崩塌易发岩土体。崩塌在片岩中发育最多,共13处,占39.39%;其次为石英砂岩,共10处,占30.30%(表5)。

表5 武汉市崩塌岩土体类型一览表Table 5 List of collapse lithology in Wuhan

从岩土体类型及其特性分析,最有利于崩塌形成的岩组是坚硬—较坚硬层状—片状片岩岩组,其次为坚硬中—厚层状石英砂岩岩组。上述岩组分布区内,部分地段岩体构造裂隙发育,岩石呈块状,在人类工程活动等外力作用下,易脱离母岩发生崩塌。

3.3 泥石流与岩土体类型

武汉市泥石流发育较少,全市仅2处,占全市地质灾害总数的0.95%。泥石流的发育程度与物源区的土体物质结构组成及岩石的风化程度密切相关。

从岩土体类型及其特性分析,一处为含软弱夹层、受人类采矿活动影响的坚硬块状、层状岩溶中等发育灰岩、白云质灰岩、燧石结核灰岩岩组,另一处为风化较强的坚硬—较坚硬层状—片状片岩岩组。岩体软弱结构面发育,表层较破碎,斜坡表面堆积了大量的风化岩块,为泥石流的形成提供了丰富的固体物质来源。

3.4 地面塌陷与岩土体类型

3.4.1 岩溶地面塌陷与岩土体类型

岩溶塌陷是武汉市影响最大的地质灾害,共31处,占全市地质灾害总数的14.76%。武汉市广泛分布碳酸盐岩,且岩溶发育较强烈,含有丰富的岩溶水,为岩溶地面塌陷的产生与广泛分布孕育了条件。

依据碳酸盐岩上覆岩土体类型,在剖面上,可在覆盖型岩溶、埋藏型岩溶之上划分为五种结构类型[4]。分析表明,武汉市岩溶塌陷地质灾害发生于四种岩土体结构类型中,其中Ⅰ型(即典型的“二元结构”)最多发,共22处,占70.97%(表6)。

3.4.2 采空区地面塌陷与岩土体类型

武汉市采空型塌陷共2处,占全市地质灾害总数的0.95%。

表6 武汉市岩溶塌陷岩土体结构类型一览表Table 6 List of karst collapse lithology in Wuhan

采空区地面塌陷主要与地下开采石膏矿相关,矿体赋存于三叠系中下统—白垩系下统之中,岩土体类型属坚硬—较坚硬中厚层状砂岩、粉砂质泥岩。

3.5 地面沉降与岩土体类型

软土地面沉降是武汉市首要防治的缓变型地质灾害。据统计,全市共发生162处地面沉降现象,可按受灾区域集中划分为7个沉降点,占全市地质灾害总数的3.33%。

长江、汉江冲积平原地区广泛分布淤泥类软土,一级阶地地下水与地表水联系密切,呈季节性变化,加之基坑降水措施造成的地下水位下降,使高压缩性淤泥类软土产生固结,从而引发了地面沉降。

4 结语

(1) 武汉市主要地质灾害类型为滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷及地面沉降。受岩土体间的性质与结构、空间分布及产出状态等因素影响,地质灾害的发育程度与其密切相关。

(2) 市内垄岗、丘陵地段残坡积粘性土堆积较厚,由于人工切坡形成临空面,在降雨作用下易形成土质滑坡;一、二级阶地湖积软土分布广泛,受人工加载、抽排水作用,易引发地面沉降;碎屑岩类因岩性致密坚硬,抗风化能力差,导水性较差,在人类工程活动作用下易形成滑坡、崩塌等灾害,另部分层位赋存有矿产资源,若未按规范开采地下矿产可能引发采空区地面塌陷;碳酸盐岩类溶蚀作用较强,局部发育地下溶洞,上覆松散类土受潜蚀运移后形成空洞,在人类工程活动作用下易发生岩溶地面塌陷;变质岩类岩层经节理裂隙切割、风化后,在降雨、人类工程活动等因素作用下,坡度较陡的区段易形成滑坡、崩塌、泥石流灾害。

(3) 在城市开发建设过程中,根据不同岩土体类型与地质灾害发育的关系,在粘结性土、碎屑岩类及变质岩类分布区内,应重点加强对建房、修路等工程活动的控制,合理规划、科学选址,采取可靠的工程处理措施,在地质灾害易发区内尽量避免切坡建设,对矿山逐步开展恢复治理,避免滑坡、崩塌、泥石流地质灾害的发生;在碳酸盐岩、淤泥质软土分布区内,应重点开展专业监测工作,加强管控地下水,严格实施建设项目监管,将地质灾害防治工作贯穿于工程建设的立项、选址、设计、施工、验收等各个阶段,切实减少地面塌陷、地面沉降地质灾害可能引发的损失。

[1] 中华人民共和国国务院.地质灾害防治条例:中华人民共和国国务院令第394号[A/OL].(2004-06-25)[2017-06-29].http://www.mlr.gov.cn/zwgk/flfq/dzhjgl/200406/t20040625_13574.htm.

[2] 李宗发.贵州构造—岩土体分区及其与地质灾害形成的关系[J].贵州科学,2012,30(3):32-37.

[3] 张峰,汤旻烨.湖北省武汉市地质灾害调查与区划报告[R].武汉:湖北省地质环境总站,2008.

[4] 罗小杰.武汉地区碳酸盐岩“六带五型”划分与岩溶地质灾害防治[J].水利学报,2014,45(2):171-179.