红古区斜坡类地质灾害分布发育规律及孕灾地质条件研究

2022-09-03樊小鹏胥斌辉王星天

甘肃科技纵横 2022年6期

樊小鹏，胥斌辉，王星天

（甘肃工程地质研究院，甘肃兰州 730000）

1 自然地理与区域地质环境概况

1.1 气象水文

红古区全年降水量介于198.6 mm～573.2 mm。一般在7～9月份较为集中。日最大降水量为103.4 mm，最大小时降水量为39.0 mm，10 min最大降水量为18.6 mm。年平均蒸发量为1 507.8 mm，如图1所示。最大冻土深度80 cm。红古全境属黄河流域，其主要河流为自西向东径流的湟水河及其一级支流大通河。

图1 红古区气象要素图

1.2 地形地貌

区内地貌分构造侵蚀低中山地貌和河谷阶地地貌。构造侵蚀低中山地貌位于红古区大通河及湟水河左岸，大部分区域呈黄土山梁状展布，海拔介于1 600～2 440 m，沟谷相对高差100～300 m。河谷阶地地貌分大通河河谷及湟水河河谷，大通河河谷发育有四级阶地，Ⅰ、Ⅱ级阶地分布较广，是窑街主要建设区，最宽处约750 m，较为平坦，比降约25‰；Ⅲ、Ⅳ级阶地大部分区域被后期流水切割梁峁状，局部地方保存较好，最宽处约为480 m，比降约73‰，现状是大部分区域人为改造为耕地。湟水河谷阶地左岸发育Ⅰ～Ⅴ级阶地，Ⅰ、Ⅱ级阶地是红古区发育最好的阶地，地面平坦，比降约25‰，为红古城区所在地；Ⅲ、Ⅳ级阶地大部分区域被后期流水切割梁峁状，海石湾镇东侧宗家台和王家台保持较完整，最宽处约为1 100 m，比降约35‰，现状大部分区域人为改造为耕地。Ⅴ级阶地因上部黄土层覆盖特征不明显。

1.3 地层岩性

红古区出露的地层主要为震旦系、三叠系、侏罗系、白垩系及第四系地层，震旦系地层主要为榴石云母片岩、石英云母片岩等；三叠系地层主要分布在窑街，岩性主要为紫红色砂岩；白垩系砂岩为红古区境内大部分区域的地层基座，主要分布在湟水下游左岸及大通河左岸。第四系地层主要为覆盖于各前第四系地层之上的冲洪积物及马兰黄土；残坡积物、滑坡堆积物等零星分布于区内斜坡坡面及坡脚部位。区境西北侧享堂峡一带分布加里东期及元古代侵入岩，岩性为灰白色石英闪长岩。

1.4 地质构造及地震

红古区在区域构造上处于祁吕贺山字型构造的两翼与青藏歹字型构造体系和陇西旋卷构造的交接地带，次级构造较复杂，断裂及褶皱发育。处于天水—兰州—河西走廊地震带。平安镇地震动峰值加速度为0.2 g，其余地区为0.15 g，地震动加速度反应谱特征周期为0.45 s，抗震设防烈度为Ⅶ度，所属设计地震分组为第三组。削坡建房修路引起规模小，数量大。

2.1.2 滑坡

本区内滑坡按照物质组成划分，土质滑坡24处，岩质滑坡1处；按照滑体厚度划分，浅层滑坡23处，中、深层滑坡分别为1处；区内具22处小型滑坡，中、大型滑坡为捷路沟内3处滑坡，该段土层厚度大，地形高差较大，所以形成滑坡规模也大；区内除海石湾煤矿上工业广场老滑坡外，均为新滑坡，且该滑坡经过两次复活。

2 斜坡类地质灾害发育特征及分布规律

2.1 斜坡类地质灾害发育特征

红古区共发育150处地质灾害，如图2所示，其中斜坡类地质灾害（本文特指滑坡、崩塌）113处，如图3所示，占区内地质灾害总数的75%，这也与区内以阶地为主的地貌和斜坡地形广泛分布的实际一致［1］。113处斜坡灾害中崩塌达到88处，在斜坡类地质灾害中占比达78%，滑坡25处，在斜坡类地质灾害中占比为22%。

图2 红古区斜坡类地质灾害分布图

图3 红古区地质灾害类型及数量统计图

2.1.1 崩塌

共确定崩塌地质灾害88处，其中中型3处，小型85处。按照破坏方式划分，主要为倾倒式崩塌，为50处，坠落式崩塌32处，滑移式崩塌6处，主要因红古区地层多以黄土为主，崩塌多分布于土层中，而土体节理发育，尤其是马兰黄土垂直节理发育，土体易沿节理面剥落倾倒；按照规模分类主要以小型崩塌为主，因其多由

2.2 斜坡类地质灾害空间分布规律

2.2.1 空间分布规律

（1）沿河谷集中成带分布：湟水河及其支流大通河和一些大型沟谷的两岸，滑坡、崩塌均集中成带出现。以大通河为例，其享堂峡东岸存在着一长达7 km的滑坡、崩塌带，分布有滑坡、崩塌15处，在本区颇有代表型。

（2）在特定的地层中集中分布：本区滑坡主要发育在黄土、粉土地层中，其它地层中则数量相对较少。

（3）与人类工程活动有关：湟水河与大通河Ⅱ级阶地是人类居住与活动的主要地区，Ⅲ、Ⅳ级阶地边缘的改造较为严重，大量的滑坡及崩塌发育于Ⅲ、Ⅳ级阶地边缘。

（4）沿一定的斜坡条件集中分布：沟谷的切割深度、斜坡的坡度和斜坡的结构特征是控制滑坡形成的基本条件。区内大通河两岸山坡高差多在200 m以上，因而也是滑坡集中分布的地段。Ⅲ、Ⅳ级阶地边缘坡体地层由黄土+卵砾石层+基岩组成，高出Ⅱ级阶地百米，坡体松散的物质与高陡的边坡有利于滑坡、崩塌的形成。

2.2.2 地质灾害时间分布规律

（1）年际规律性

滑坡、崩塌以失稳发生灾害的频次同样有一定的规律性，如降雨多的年份年际变化等，降雨分配常常有年际变化，丰水年地质灾害较多，贫水年较少。

（2）月际规律性

雨季长短稍有不同，但一般在7～9月份，亦是大多数斜坡类地质灾害高发时段，进而说明滑坡与雨季集中降雨有密切关系［2-4］。

3 孕灾地质条件研究

3.1 地形地貌

3.1.1 坡形

据调查统计分析，滑坡成群出现的地带多分布于天然坡度较大的地区，沟谷多呈“V”型，相对切割深度大，斜坡高、陡，多临空；从形态上看，斜坡中部多呈直线形，坡脚处又多无原生土体支撑，如图4所示。稳定的斜坡多分布在开阔的“U”型沟谷两侧和丘陵斜坡上，其天然坡度一般小于30°，斜坡形态多呈直线形或凹形，有时这种斜坡即使高差和坡度较大，但由于坡体内无地下水活动，底部基岩完整且产状近水平，也表现的较稳定。凸形的滑坡在区内较为少见，这种滑坡发育于沟岸坡，沟道较窄地方，受沟宽限制，其前缘下滑受到挤压致使滑体呈隆起状［5］。

图4 地质灾害点所在斜坡坡度统计柱状图

区内崩塌地质灾害多位于大通河及湟水河Ⅲ、Ⅳ阶地前缘，上部土体受风化作用致使坡体多呈凸形，且在基岩山区凸形坡体也多常见，直线型的坡体多见于湟水河的Ⅲ阶地前缘。另外由于区内崩塌部分位于人为削坡建房、修路形成的陡坎处，因此崩塌灾害也多发育在直线型斜坡中。

3.1.2 斜坡坡度

据调查区113处斜坡地质灾害点，20°～60°的斜坡为滑坡发育主要区间，由于红古区滑坡多发生于沟道沟岸，而区内沟岸较陡，所以其坡度多介于40°～50°，50°以上的滑坡多发生于阶地前缘较为陡直的区域，如图5所示。

图5 地质灾害点所在斜坡坡度统计柱状图

崩塌（潜崩）所在斜坡坡度集中分别在50°以上的斜坡，受新构造运动抬升控制地形，阶地前缘较陡直的区域多发生崩塌地质灾害，且阶地前缘在60°～70°这个区间的斜坡较多，因此崩塌多发于于此。

3.1.3 斜坡高度

调查发现坡高与滑坡的发生也存在明显的控制关系，滑坡多发育于60 m以内的斜坡，由于红古区大多数滑坡为沟岸小滑坡，规模较小，所以斜坡高差相对较小。而在120 m以上则为发育在捷路沟的规模相对较大的滑坡，沟岸高差大。

崩塌的分布与高程有着密切的相关性，大多数崩塌发生于低于60 m高度的斜坡，这与区内斜坡高度息息相关，崩塌所在多为阶地前缘，其所在斜坡高度多在100 m以内，而崩塌体多为中部的上更新统砂砾卵石层，分布位置位于斜坡中部一带，其次因人为削坡高度大多较低，因此也是低于20 m的崩塌较为集中的原因，如图6所示。

图6 地质灾害点所在斜坡高度分段统计柱状图

3.2 工程地质岩组

3.2.1 对滑坡的影响

红古区大面积区域覆盖黄土，共发育25处滑坡，其中24处为土质滑坡，该类滑坡发育于黄土层及残坡积层中。

黄土中的各类孔隙、发育的垂直节理和落水洞使其结构的完整性遭到强烈破坏，且为水体入渗提供良好通道。黄土的崩解性很强，易被水流侵蚀切割，形成良好的临空条件。因此，由黄土地层构成的斜坡，在地震、降水、河流侵蚀等不利外部因素的作用下，容易发生黄土滑坡［6-9］。

3.2.2 对崩塌的影响

第四系马兰黄土及上更新统粉土——砂卵石双层土体为区内崩塌发育的主要工程地质岩组，由于黄土有着较好的直立性，往往形成较陡的斜坡，特别是在河流转向的坡岸、各种线路工程的人工边坡上多见黄土崩塌形成。

白垩系砂岩在构造活动影响下多形成高、陡的阶地基座，砂岩胶结程度低，风化程度强，新构造运动、地震及风化作用易形成裂隙，在降雨和地震等诱发条件下容易发生崩塌。

3.3 斜坡结构与地质灾害

3.3.1 土岩——双层结构斜坡体与地质灾害的关系

此类岩土体结构的地质灾害主要为崩塌地质灾害，一般上覆中上更新统冲积物及全新统残坡积物等，下部为岩石地层，如图7所示。这种结构的斜坡对于降雨、地震、人类工程活动的敏感性远大于其他结构类型的斜坡，上部土层为透水层，下部基岩为相对隔水层，水体下渗对于接触带土体的物理性质改变较大，这种原因也是导致滑坡地质灾害发生的重要因素［10］。

图7 斜坡结构与地质灾害发育相关性图

3.3.2 岩体单层结构斜坡体与地质灾害的关系

本次调查共有8处崩塌地质灾点属于岩体单层结构，主要是人为的削坡建房、修建公路等造成，坡体一般是由区内分布的变质岩、岩浆岩组成，因为其跟人类工程活动的相关性最大，所以灾害并没有与特定的岩体有密切的相关性，而是更多的与引发因素相关。

3.3.3 土体单层结构斜坡体与崩塌灾害的关系

红古区黄土丘陵区中上更新统黄土及冲积物广布，土体厚度不等，大通河及湟水河的高阶地分布有粉土——砂卵石双层的土体，而这种结构的斜坡在红古区分布远大于其他结构类型的斜坡，因此这类灾害的数量也较多分布，因为崩塌体所在区域大多位于上部粉土——砂砾卵石层中，因此控制崩塌地质灾害的主要岩土体为该层。

3.4 人类工程活动与地质灾害

3.4.1 削坡修路引发地质灾害

交通行业的发展一方面带动了红古区经济发展，但另一方面因削坡修路带来诸多高、陡边坡问题，早期筑路切坡削方，多形成土质、岩质边坡，且大多数受条件限制未进行治理，导致红古区存在大量公路边坡，且多引发地质灾害［11-13］。

3.4.2 炸山采石，堆积体引发地质灾害

红古区享堂峡段因早期采矿形成多出露采边坡，废渣堆积于斜坡坡面在降雨、地震等条件下形成多出滑坡、崩塌地质灾害，且多次造成人员伤亡。

3.5 降雨与地质灾害

根据对区内降雨资料及实地调查结果分析，红古区斜坡类地质灾害（滑坡、崩塌）多集中在7、8、9月，与红古区降雨特征呈高度正相关。据红古区统计资料显示，极端降水年都曾引发大量滑坡、崩塌灾害。

在红古区表层广泛分布有疏松黄土及早期滑坡堆积物，其渗透性较强，易软化，下部多为不透水的坚硬—半坚硬基岩。在干燥的内陆气候条件下逐渐塑造而成的高陡斜坡，遇长期降雨过程，降雨沿黄土节理下渗，上部地层易被软化，土体抗剪强度降低，特别是在堆积层—基岩接触面形成软塑、流塑状软化带，从而增大斜坡失稳可能性，继而发生滑坡。