陵川县不稳定斜坡形成条件及发育规律研究

戴 兴，杨国芳，陈 鑫

(1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001； 2.陵川县自然资源局，山西 陵川 048300；3.山西兰花科技创业股份有限公司 伯方煤矿分公司，山西 高平 048411)

陵川县位于山西省东南端，北靠壶关、长治，西连高平、泽州，东南与河南辉县、修武接壤，为山西省东南之门户，南北长52.7 km，东西宽53.2 km，面积1 751 km2。1992—2000年，由山西省地质环境中心开展了山西省1∶50万地质环境问题调查，对陵川县地质灾害点进行了简要叙述；2004年陵川县完成了地质灾害调查与区划工作，第一次较为系统的对县域内的地质灾害进行了调查和分类；2013年河南省焦作地质勘察设计有限公司再次对全县地质灾害进行了核查，对新增和消亡的地质灾害点进行了更新；2014年山西省第二地质工程勘察院在以往地质灾害核查成果的基础上提交了陵川县地质灾害防治规划(2014—2020年)，为地质灾害的治理提供了详细的规划；2018年河南省焦作地质勘察设计有限公司完成了该县的地质灾害详查工作，更加详尽的对县域内的地质灾害点进行了统计，并研究了各种的类地质灾害的特征[1]。由于种种原因，对地质灾害的专业调查和综合研究还不够，地质灾害的发育规律尚不清楚。故本文旨在研究陵川县不稳定斜坡隐患类地质灾害形成条件以及发育规律，为各级地方政府制定地质灾害防治规划、实施地质灾害预警工程、制定经济发展规划提供依据。

1 自然地理概况

1.1 地形地貌

陵川县位于山西省东南部，境内东北、东和南部高山环绕，坡陡沟深，地形起伏较大，海拔为+800～+1 800 m，北、中及西部岗岭起伏，坡缓谷浅，地形起伏较小，海拔+1 000～+1 476 m。东部有王莽岭，海拔+1 500 m，东南有马武山，海拔+1 673 m。这三大山脉连绵起伏，构成本县东北—东南的天然屏障。南部夺火乡小饮羊河村附近河流出境处最低，海拔+628 m。

1.2 气象

据陵川县气象站1981—2016年观测资料，多年平均气温7～9 ℃，1月份最冷，平均气温-5～-8 ℃，7月份最热，平均气温20～24 ℃，极端最高气温34.4 ℃(1997年7月)，极端最低气温-21.7 ℃(1970年1月5日)。多年平均降水量受地形影响较明显，多年平均降水量约606.5 mm。5 min最大降雨量11.5 mm(1987年7月25日)，10 min最大降雨量20.3 mm(1991年8月2日)，1 h最大降雨量119.5 mm(2007年7月28日古郊乡)，1 d最大降雨量198.2 mm(2010年8月19日王莽岭)。

1.3 水文

陵川县境内河流分属黄河和海河两大水系，其中较大的河流有5条：廖东河、原平河、武家湾河、香磨河、北召河，前两者属于黄河水系丹河流域，后三者属于海河水系卫河流域。廖东河发源于六泉乡廖池村，由东北向西南流经冶南、八渠、上郊、潞城、郊底、丈河、台北等地，全长42 km，县境内流域面积约521 km2，沿途汇入13条主要支流，年径流量0.14亿m3，清水流量0.38 m3/s。在其上游建有云谷图水库、上郊水库、桑家坪水库、石景山水库等，云谷图水库位于县城东云谷图附近，总库容300万m3，蓄水量2万m3，最大泄洪量154.5 m3/s；上郊水库位于潞城镇东北上郊村东，总库容1 196万m3，蓄水量132万 m3/s，最大泄洪量675 m3/s；桑家坪水库位于附城镇桑家坪北，总库容640万m3，蓄水量25万m3，最大泄洪量196 m3/s；石景山水库位于潞城镇北石景山村西，总库容125万 m3，最大泄洪量31.5 m3/s。

2 区域地质环境

2.1 地层岩性

陵川县出露地层主要为太古界赞皇群，中元古界长城系，古生界的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界的三叠系和新生界的第四系；此外，燕山期侵入岩分布于六泉乡中部，岩性为闪长岩，与围岩呈斜交侵入或假整合接触。

研究区内火成岩比较发育，岩石类型齐全，基性、超基性、中性、中酸性、酸性乃至碱性岩石均有所见，以中酸性岩石最为发育，中性岩次之。

2.2 地质构造

县域内地层产状平缓，总体为由东南向西北倾斜的单斜构造，构造比较简单，主要构造体系有近南北向构造和东西向构造两大体系。近南北向构造：县境内该构造形迹由黄虎掌断层、老牛湾断层、东井郊断层、小井沟断层和西安里—六泉岩浆岩构造带组成，东西向断裂构造带主要为梯堂断层、甘河断层、茶棚—葫芦寺断层[2]。

2.3 新构造运动

陵川县位于华北地台山西断隆的太行山块隆与沁水台坳的过渡地段，上升运动是境内新构造运动的主体，第四纪以来，境内总体遭受侵蚀，普遍缺失下更新统地层，中更新统地层仅零星分布于县境西部的西河底镇和礼义镇，上更新统地层主要分布于县境的中西部，全新统地层主要分布于河谷区且厚度不大，体现了强烈上升运动的特征。

2.4 地震

根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，陵川县地震动峰值加速度为：县境西部0.05g，中—东部0.10g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震基本裂度为：西部Ⅵ度，中—东部Ⅶ度。区域地震活动较为频繁，陵川县最大震级为3.5级。依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》，陵川县抗震设防烈度7°，设计基本地震加速度值为0.10g，抗震设计分组第3组。

3 地质灾害类型与特征

全县地质灾害(隐患)类型有崩塌、滑坡、不稳定斜坡(崩塌隐患、滑坡隐患)、泥石流和地面塌陷，共92处，其中崩塌13处、滑坡14处、不稳定斜坡50处(崩塌隐患45处、滑坡隐患5处)、泥石流6处、地面塌陷9处，见表1。现重点研究对本县影响较大的不稳定斜坡隐患类地质灾害[3]。

表1 陵川县地质灾害隐患数量统计Tab.1 Statistical of geological hazards in Lingchuan County

3.1 分布

研究对以往存在的不稳定斜坡通过实地调查访问，分析其斜坡形态、变形特征及发展趋势，将其细分为崩塌隐患和滑坡隐患，此次共调查崩塌隐患和滑坡隐患50处，其中崩塌隐患45处，滑坡隐患5处。崩塌隐患和滑坡隐患在全县12个乡镇均有分布(图1)。图1中，分布较多的乡镇为崇文镇(11处)和古郊乡(9处)，其次为秦家庄乡(5处)和附城镇(4处)，杨村镇、平城镇和潞城镇各为3处，西河底镇2处，礼义镇、六泉乡和马圪当乡各为1处。分布特征具有明显的区域性，主要集中在陵沁线、陵修线、曲辉线和王莽岭景区内，在区域上呈现出线状分布特点[4]。

图1 陵川县崩塌隐患和滑坡隐患分布Fig.1 Distribution of potential collapse and landslide hazards in Lingchuan County

3.2 特征

根据崩塌隐患和滑坡隐患斜坡的物质组成，将其划分为土质斜坡和岩质斜坡2种基本类型。其中，岩质斜坡35处，占总数的70%，岩性主要为灰岩、泥灰岩、泥岩和砂岩；土质斜坡15处，占总数的30%，其中黄土斜坡11处，坡积物斜坡4处(表2)。

表2 斜坡岩性分类Tab.2 Classification of slope lithology 处

崩塌隐患和滑坡隐患斜坡按主导成因分为自然和人类工程活动2类，其中人类工程活动形成的41处，占总数的82.0%；自然斜坡9处，占总数的18.0%。

坡度是影响斜坡稳定性的重要因素之一，崩塌隐患和滑坡隐患斜坡按照发育的坡度区间划分结果见表3。

表3 斜坡坡度区间灾害数统计Tab.3 Statistical table of the number of disasters in the slope section 处

4 形成条件分析

4.1 地形条件

斜坡类地质灾害(崩塌、滑坡、崩塌隐患、滑坡隐患)一般发育于较陡峭的地形，有67.2%的崩塌和崩塌隐患发育于坡度大于60°的陡坡上，可见地形坡度是崩塌发生的前提条件，其为崩塌的发生提供了高陡临空面，高势能的有利条件。滑坡和滑坡隐患主要发育于较缓的斜坡中，有63.2%的滑坡发生于坡度10°～20°的缓坡中[5-6]。相比之下，滑坡发育的地形坡度远小于崩塌发生的地形坡度。斜坡坡高与斜坡地质灾害的发生有一定的关系。在各方面相同条件下，随着坡高的增大，坡体安全系数减小，故斜坡坡高也是影响地质灾害发生的一个重要条件。

4.2 物质条件

境内土质斜坡岩性以Q3黄土为主，局部有Q2黄土出露，控制面结构类型以节理裂隙面和土岩接触面为主。本区黄土具有结构疏松、力学性质较差、透水性强等特点，下部黏土透水性弱，为相对隔水层，黄土岩性及结构为滑坡、崩塌活动提供了物质条件。

岩质斜坡主要为石炭系泥岩、页岩、燧石灰岩和寒武系灰岩、页岩，在研究区的中西部主要发育于石炭系地层，该套地层为海陆交互相沉积地层，岩层软硬相间，泥岩和页岩抗风化能力差，多为强风化，岩体破碎，遇水易软化，工程地质性质差，砂岩和灰岩抗风化能力强，多为微风化，岩层差异风化现象明显，易产生崩塌地质灾害[7-9]。在研究区的东部和东北部以灰岩和页岩崩塌为主，崩塌体主要分布在省道和县道等主干道两侧，由于修路开挖坡体，形成高陡边坡，多未采取支护措施，岩石裸露，岩体节理裂隙发育，在降雨、风化、震动等作用下，易产生崩塌隐患。

4.3 降水条件

降水是斜坡失稳的主要诱发因素，土质斜坡对水的作用十分敏感，土质斜坡在在浸水或饱和状态下，上部疏松土体迅速崩解，下部黄土积膨胀、软化，力学强度和抗剪强度急剧降低，容易导致斜坡变性破坏，产生崩塌，沿软弱结构面滑动形成滑坡。岩质陡坡(崖)表部节理裂隙发育，岩体开启程度好，降雨时雨水迅速渗入岩体裂隙中，软化斜坡中下部的软质岩层，同时来不及消散，产生很大的空隙水压力，导致高位岩体产生崩塌。

4.4 人类活动

工程建设削坡、填土、加载、弃土、震动等，常直接引发地质灾害，污水不当排放、砍伐树木、不合理耕种、水库地震等也可能构成不稳定斜坡转换为地质灾害的诱发因素，植被破坏、温室气体排放等生态环境破坏造成的气候变化也间接影响地质灾害的发生。近年来，人类工程活动显著增强，水电开发及配套公路建设，通乡公路的修建，开挖坡脚，致使坡体应力失衡导致崩塌、滑坡产生。如陵修线沿线崩塌由切坡修路形成，赵漳水村滑坡由采矿堆积弃渣形成，焦会村滑坡由开挖坡脚建房形成。

5 发育规律

5.1 空间分布规律

(1)与人类工程活动强度密切相关。陵川县不稳定斜坡隐患点分布遍及全县12个乡(镇)，数量最多的是崇文镇，其次为秦家庄乡和古郊乡。全县不稳定斜坡隐患点分布密度5.25处/100 km2，密度较大的乡(镇)依次为秦家庄乡、杨村镇、崇文镇、平城镇和礼义镇5个乡镇，其他乡镇密度较小，基本在8处/100 km2以下。秦家庄乡密度最大，达15.96处/100 km2，六泉乡密度最小，为1.26处/100 km2。东部和东南部的不稳定斜坡隐患点主要集中在人类工程活动较多的王莽岭景区和交通道路(陵沁线、曲辉线、陵修线、陵马线)沿线，在空间上呈现出线状分布特征。由此也可看出，不稳定斜坡隐患点主要分布于人类工程活动较密集的中西部区域和东部的道路主干道两侧。

(2)地质灾害受地形地貌、植被控制明显。研究区地貌从东南部的中山区、中部的低中山区依次过渡到西北部的黄土覆盖丘陵区，不稳定斜坡隐患点的分布密度也从东南部到西北部逐渐变大，与地貌类型的分布密切相关。崩塌、滑坡主要分布在西北部的黄土覆盖丘陵区，该区植被以农作物为主，人口密度大，人类工程活动强烈，故地质灾害也较为发育[10]。

(3)在地层岩性不利组合部位相对集中。根据调查数据分析，研究区易发生地质灾害的地层岩性主要为第四系上更系统黄土，石炭系太原组泥页岩、石炭系本溪组泥岩和奥陶系峰峰组泥灰岩等。

第四系上更系统黄土主要分布在研究区的中西部，共发育不稳定斜坡隐患处25处，其中崩塌18处，滑坡7处。该组黄土垂直节理发育，结构疏松，在高陡边坡部位，卸荷裂隙和风化裂隙发育，故在黄土高陡边坡地段，黄土崩塌密集，在其与粉土、粉质黏土不同岩性接触面易形成软弱结构面，产生滑坡灾害。

石炭系太原组为一套泥页岩和灰岩交互沉积的地层，泥岩和灰岩工程地质性质差别大，二者差异风化现象明显，在斜坡上表现为泥岩风化剥落形成凹腔，上部灰岩外凸，易发生崩塌灾害。本溪组泥岩铝土含量高，具有较好的隔水能力，且遇水易软化，抗剪强度降低，易发生滑坡地质灾害[11]。

奥陶系峰峰组泥灰岩易风化成泥状，工程地质性质较差，由于切坡修路，常形成高陡边坡，在降雨的作用下易发生崩塌地质灾害。

5.2 时间分布规律

根据调查数据统计，研究区不稳定斜坡隐患类地质灾害发生、发展与气象条件紧密联系。每年的3—4月，冻融作用较强，高陡边坡岩土体松动失稳，易发生崩塌地质灾害。研究区崩塌、滑坡的发生集中在每年6—8月，其中降雨高峰期(7月)地质灾害发生频率最高，地质灾害发生频率与降雨量对应呈单峰型分布。以有时间记载的地质灾害事件统计，地质灾害的发生频率与降雨量的大小基本一致。

6 结论

山西省陵川县为晋东南地质灾害发育最为严重的县，本文选择该县域不稳定斜坡隐患类地质灾害为研究对象，从地形、物质、降水、人类活动4个方面分析了其形成条件，并研究了其发育的时空规律，认为其发育与人类活动强度、地形地貌植被控制、岩层岩性的不利部位等空间要素有密切关系，并且受到降雨等季节因素影响，地质灾害发育具有季节性和周期性。通过对不稳定斜坡隐患类地质灾害的发育规律的研究，对防灾减灾工作有重要的前瞻性的指导作用，对县域的经济社会发展和群众的生命财产安全起到了一定的预防和保护作用。