河南省罗山县滑坡地质灾害形成机制及防治对策

周雷强

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院)

罗山县位于河南省南部，大别山北麓，淮河南岸，地理位置为东经114°10′～114°42′、北纬31°44′～32°19′。境内整体地势南高北低，南部山峦迭起，峰高壑深，一般海拔200 m，最高峰王坟顶海拔840 m；北部岗川相间，一般海拔约100 m，竹竿河与淮河交汇处为境内海拔最低处，海拔43 m。为给该区地质灾害防治工作提供可靠依据，本研究以区内滑坡地质灾害为例，结合野外地质调查、试验分析等技术手段，对区内地质灾害形成机制、发育特征进行详细分析，并对相应的防治对策进行探讨。

1 滑坡地质灾害特征

1.1 滑坡地质灾害(隐患)发育特征

研究区主要地质灾害类型为滑坡，区内存在11处滑坡(9处牵引式滑坡，3处推移式滑坡)以及1处滑坡隐患，均分布于该区南部低山丘陵区。

(1)形态与规模。研究区滑坡主要分布于居民屋后和公路两侧的强风化岩区和土质区。滑坡前缘表现为舌状或长舌状，滑坡前缘多被人工清理。滑坡平面形态主要有半椭圆形和半圆形。滑坡体长度为8～20 m，方量多为50～300 m3，皆为小型滑坡。

(2)边界特征。后缘位置较高，是滑坡体最明显的特征之一，平面形态多呈圆弧形和直线型。后壁坡度较大，一般为60°～90°；滑坡顶部与原斜坡相交，形成了较明显的转折棱坎。滑坡侧界分为2个部分，上部为侧壁，与后壁特征形似；下部为滑体边界，边界整体易区分，位于两侧扩展形成的小凹沟处，随着滑坡发生时间的先后不同，侧界保留的清晰程度也不同。

(3)表部特征。区内滑坡主要为牵引式滑动，表现为自前缘到后壁分别逐级滑落，在滑坡体表面可见错降的台坎，老滑坡体上冲沟发育，完整性差，植被发育较好。滑坡体后壁和侧壁岩土体裸露，壁面新鲜明晰，滑坡体基本未被侵蚀。

(4)内部特征。岩质滑坡体主要由强风化片岩、片麻岩组成，岩体组成较为单一，主要有残坡积与基岩接触层面以及强弱风化层接触面，层面控制滑动面位置。

(5)滑动特征。滑坡的滑向基本与坡向一致，研究区内沟壑较多，各个方向均有滑动。

1.2 滑坡地质灾害(隐患)危险性

研究区滑坡共计威胁251人及行车行人，威胁财产851万元(表1)。其中，山店乡熊店村熊店小学潜在滑坡点威胁人数200人，危害程度为重大级；朱堂乡肖畈村吴塝组滑坡点威胁人数20人、威胁财产150万元，危害程度中等；其余滑坡灾害点危害程度均较轻。

表1 研究区滑坡(隐患)灾害危险性评价

2 滑坡地质灾害(隐患)形成机制

2.1 地 貌

地形地貌是地质灾害(隐患)发育的重要影响因素之一。研究区南高北低的地形加之高差起伏形成了众多斜坡，具备了产生滑坡变形活动的条件。斜坡的外在形态决定了斜坡体应力的大小与分布，控制着斜坡的稳定性与变形模式[1-4]。

研究区地貌单元可分为南部低山区、中部丘陵区、北部岗地平原区和分布于竹竿河、淮河沿岸的河谷阶地与河漫滩区。低山区、丘陵区及河谷区分布有较多斜坡，具备了滑坡体变形活动的临空条件。

研究区斜坡坡面可以划分为凸型、直线型、阶梯型和凹型等4个基本类型[5]。在区内调查的12处滑坡(隐患)中有7处发生于正向类型坡(凸形1处，直线型6处)，5处发生于负向坡型(阶梯型3处，凹型2处)，其中，直线型和凸型正向类斜坡更容易发生滑坡地质灾害。

研究区调查的12处滑坡(隐患)中有7处发生于陡坡(坡度为20°～50°)，有3处发生于陡崖(坡度大于50°)，有2处发生于缓坡(坡度为5°～20°)。

一般来说，斜坡坡高与地质灾害(隐患)的发生存在着明显的控制关系，在其他条件一定的情况下，坡高越大，坡体安全系数越小。根据野外调查资料统计，研究区滑坡(隐患)多发生坡高10～120 m的斜坡上，共发育11处，约占整个滑坡(隐患)总数的91.7%。

研究区12处滑坡地质灾害(隐患)中，发育于坡向为0°～135°、225°～270°斜坡上的滑坡数量较多，这与区内河流走向有关，淮河总体走向为EW向，而在竹竿河流域被改为SN走向，这就决定了区内滑坡(隐患)大多发育于坡向为0°～135°、225°～270°的斜坡上。

2.2 地 层

罗山县境内出露地层较复杂，有变质岩类、结晶岩类、碎屑岩类和松散岩类等[6]，滑坡地质灾害(隐患)在该4种类型地层中常有发育。第四系(Q)地层滑坡(隐患)灾害点有6处，其物质组成一般为松散岩类，其次为变质岩石表面全风化碎屑等。滑动面的存在是发生滑坡地质灾害的必要条件，不同的滑动面产生不同的灾害，不同岩性组合的地层易形成不同形态、不同性质的滑动面，滑动面的成因类型直接影响了滑坡的速度、变形[7-8]。

2.3 地质构造

罗山县境内地层划分以龟山—梅山断裂(西从青山镇凉亭入境，东从周党镇薄道岭北出境)为界，断裂以南属于扬子地层区、南秦岭分区、西峡—大别山小区，断裂以北属于华北地层区、北秦岭分区、信阳—商城小区。断裂构造破碎带为灾害的发生提供了便利条件，在降水、地下水因素的综合作用下易引发滑坡等[9-10]。

2.4 降 雨

降雨是滑坡的主要诱发因素之一。罗山县境内降水主要集中于每年6—9月，该时段降雨强度高、降水量大、集中，多夜雨、暴雨，因此滑坡多发于夜间，其余月份发生的地质灾害明显较少。近年来，区内发生滑坡的频次与多年月平均降雨量呈明显的正相关关系。

2.5 人类工程活动

随着罗山县经济建设的快速发展，在不同程度上打破了原有的地质环境平衡。如削坡时不按规范放坡，形成了较多高陡边坡，对于滑坡地质灾害的发生具有明显的诱发作用[11]。

3 滑坡地质灾害防治对策

3.1 一般措施

研究区位于豫南大别山北麓，南部山峦起伏，峰高壑深，沟谷发育，地形复杂，北部岗川相间，地貌类型复杂多样，环境地质条件较差。一般性的滑坡灾害防治措施有防水、削坡等。

3.1.1 防水措施

根据区内地形条件，主要防水措施为堵截、引水和排水。

(1)堵截。针对地表水进行堵截，并对已有的节理、裂隙等渗水通道进行回填、夯实。滑坡地质灾害点的截水沟应设置于滑坡体后缘，依地形而定，为有效拦截地表水，截水沟断面尺寸宜为200 mm×200 mm。尤其是在乡镇和居民点附近的地质灾害隐患处，在实施治理措施前，宜首先修建截水沟防止雨水汇集灌入渗水通道。竹竿河流域及其干流降水充沛，且在时间和空间上分布不均，大暴雨降雨过程中，降雨和具有一定汇水面积的斜坡或老滑坡汇集的地表水大量渗入岩土体，汇水量大、汇水速度快，会使得地下水位急剧抬升，故建议修筑截水工程，防止河岸崩塌。

(2)引水。在地形较陡、汇水面积较大、汇流速度较快的交岔处修筑引水工程，包括引水渠、引水槽、引水沟等。该措施是研究区防治地质灾害最有效的方法之一，但应确保沟、槽切实不漏水，并制定出有效的检漏措施。

(3)排水。在水库、淤地坝附近进行工程建设时，由于地下水位相对较高，易对斜坡稳定性产生不利影响，修筑排水工程可使得降雨迅速沿排水沟汇集、排放。排水沟的进出平面宜采用八字口形式布置，当自然纵坡比大于1∶20时，设置跌水。竹竿河的大部分河段地形一般较平缓，是沿岸居民生活和进行农业生产场所，应充分开发利用并加强保护。在低洼地带修筑排水沟，综合利用天然河沟和原有排水沟，连接成主排水沟进行排水，防止降雨和地表水大量渗入崩滑体。

3.1.2 削坡措施

削坡减荷是防治第四系滑坡地质灾害最有效的措施之一，应首先确定安全系数，而后进行坡型坡比选择，本研究主要探讨后者。研究区内存在直线型边坡、凸型边坡、凹型边坡、阶梯型边坡和混合型边坡等5类，直线型边坡、凸型边坡为区内最主要的坡型。通过力学验算和野外调查，在平均坡比相同的条件下，一般在坡高的2/5处设置3～4 m宽平台，并按坡高每6 m设置1个平台呈台阶形，在平台以下采用陡坡，开挖土方量少，不仅可以起到压脚的作用，也可以增加边坡土体的抗滑能力；在大平台以上采用陡坡，可使平台加宽，不仅可以起到削顶减载的作用，也能相应减少边坡土体的滑动力[12-13]。根据相关规范及区内地层岩性特征，对于岩浆岩及变质岩区边坡，若设计坡高小于20 m，单级坡比应为1∶0.3～1∶0.5；若坡高为20～30 m，单级坡比应为1∶0.4～1∶0.6。对于岩石风化极严重的边坡，坡比宜适当增大。建议残坡积土边坡设计单级坡比为1∶1.25～1∶1.5(坡高小于15 m)。此外，对于地质条件复杂的边坡，应采用锚固或喷浆方法进行护坡。

3.2 综合措施

根据研究区地质灾害特征、发育规律及危害程度，对于居民屋后危险性较大的小型地质灾害，宜采用修建排水沟或对坡体进行改梯工程、取土卸荷等简易工程进行治理；对于居民屋后危险性较小且不宜进行工程治理的小型地质灾害隐患，宜采用监测避让等措施进行防治；对危险性大、威胁人口多的滑坡地质灾害，可采用抗滑工程、排水工程及修筑阶梯平台等治理措施[14-15]。

3.3 降雨预警

研究区南部地区地质环境条件复杂，由于人类切坡建房、修路等不合理的工程活动，造成坡体陡峭临空、危岩突出，破坏了坡体的应力平衡，加之区内基岩的节理、风化裂隙尤为发育，降雨易沿着该类通道快速渗入地下，引发地质灾害。研究区北部第四系松散物分布广泛，降水易沿着该类松散堆积物快速渗入地下，引发地质灾害。

3.3.1 降雨预报模型

根据罗山县境内2006—2014年度的月平均降雨量(图1)，可知该县每年7—9月份降雨量达到年内最大值，因此，7—9月份是地质灾害预报的重点时段。在此基础上，通过统计研究区历史记录中地质灾害发生与前期降雨的关系，构建降雨预报模型。模型采用有效降雨量、当日降雨量2个指标[16]，用有效降雨量的计算公式为

式中，Pz为有效雨量，mm；P0为预报当日雨量，mm；Pi为灾害发生当日前i天(灾害发生当日i=0)的每天降雨量，mm；Ki为灾害发生前i天的降雨影响系数，0.75。

图1 罗山县2006—2014年度各月平均降雨量

3.3.2 临界降雨量确定

地质灾害的发生与各种降雨(久雨)和致灾降雨(暴雨)关系密切，采用致灾降雨临界值对地质灾害进行预警预报有一定的作用。本研究以野外详细调查的12次滑坡19个雨量站的详细资料为样本进行分析，确定降雨预警临界值[17-18]。研究表明：①在近20 a中，罗山县境内共有18 a出现了R24h(24 h降雨量)≥50 mm的强降水，年平均R24h≥50 mm的强降雨有3日次，年1 h最大降雨量为19.9～68.6 mm；②R24h≥50 mm发生日次最多的年份为2008年，为6日次；1999、2006年未有R24h≥50 mm的降雨；③R24h≥50 mm的强降雨旬分布具有单峰值的特点，7月下旬—8月上旬为高峰期，4、5、6、9月份也有R24h≥50 mm的强降水出现，但仅在个别年份；④淋雨主要出现在9月，10月份也有淋雨和大雨发生。

最终确定的预警临界降雨量特征值分别为：①R24h≥50 mm；②R6h(6 h降雨量)≥25 mm；③R1h(1 h降雨量)≥20 mm。

3.3.3 预警区划分

本研究根据R1h≥20 mm进行预警区划分，结果见图2。

(1)Ⅰ级预警区主要分布于罗山县中北部河谷平原及岗地区域，总面积1 183.4 km2，约占研究区总面积的57%。该地区多被第四系冲—洪积粉质黏土和粉土覆盖，植被茂盛，地形平缓，沟谷冲沟一般发育，为人类活动(主要为农田开发)地区。

(2)Ⅱ级预警区分布于罗山县中南部的彭新镇大部及铁铺乡、灵山镇、山店乡、定远乡、周党乡、潘新乡的部分区域，总面积225.2 km2，约占研究区总面积的11%。该区域地质环境条件一般，地质灾害不发育，地貌类型为低山、丘陵，区内地形起伏较大，特别是铁铺乡南部和山店乡西部为构造剥蚀低山区，居民稀少，人类工程活动较弱。该区域地质灾害发育强度较研究区东南部和西南部稍低。

图2 R24h≥20 mm预警区划分

(3)Ⅲ级预警区位于研究区西南部的朱堂乡、灵山镇、铁铺乡大部及青山乡、彭新镇的部分区域，东南部的山店乡和定远乡、东南部的周党乡大部以及竹竿河平原段和调查区北部淮河段，总面积664.9 km2，约占研究区总面积的32%。罗山县南部为低山丘陵区，山坡坡度一般大于30°，沟谷纵横，构造发育，由于岩石裂隙发育，风化破碎强烈，人类工程活动强烈；竹竿河平原段和北部淮河段地貌类型均为河流冲积平原，地层岩性为第四系全新统冲积层，由于河流的侵蚀作用，造成岸坡坍塌，该区域为研究区地质灾害发育区。

4 结 论

(1)罗山县滑坡地质灾害具有规模较小、分布集中、危害差异大、诱发因素清楚等特征。多数滑坡体后壁位置较高，且后缘发育拉张裂缝，平面形态主要有半椭圆形和半圆形，滑面主要为残坡积与基岩接触层面以及强弱风化层接触面，诱发因素主要为人类工程活动及降雨。

(2)罗山县滑坡地质灾害的形成受地层岩性、坡体地质结构、坡体形态等因素的控制作用明显。受不同岩性的控制，片麻岩质斜坡易发生滑坡灾害；人类不合理的工程活动会加剧斜坡形成滑坡地质灾害的危害，沿公路两侧和居民区周边工程活动相对强烈，地质灾害沿公路两侧呈线状分布以及沿居民区呈片状分布的特征，充分反映了该现象。

(3)应尽快建立健全地质灾害危险性评估制度，尽快整顿和清理危岩、尾矿，普及地质环境保护科学知识，加强地质灾害防治知识教育与群测群防网络建设。

(4)对于受到滑坡威胁的居民点，需组织应急搬迁避让，对选择的新址应进行地质灾害危险性评估。