湖南省新宁县斜坡地质灾害形成机理与成因模式.pdf

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科技创新导报2022 NO.30 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新湖南省新宁县斜坡地质灾害形成机理与成因模式刘中楠1 高银梅2 黄勇炜1 姜河1 颜智强1 李策3（1.湖南省地球物理地球化学调查所 湖南长沙 410000；2.河南地矿职业学院 河南郑州 450000；3.南华大学 湖南衡阳 421000）摘要：斜坡地质灾害一直是地质灾害防治的重点与难点，斜坡在变形破坏后极易发生滑坡、崩塌等地质灾害，严重威胁人民生命和财产安全。斜坡在尚未形变之前，筛选出容易成灾的斜坡尤为重要。通过对新宁县开展1 10000地质灾害调查工作，以人居斜坡为基本调查单元，查明全县域地质灾害发育特征，分析其主要致灾因素，总结典型控灾斜坡结构类型，研究斜坡地质灾害形成机理与成因模式。结果表明：新宁县斜坡地质灾害主要致灾因素为地形地貌、地层岩性及地质构造、降雨、人类工程活动4种；典型控灾斜坡结构类型有5种，孕灾最多的是土质顺切型及岩土混合型；形成机理与成因模式有4种，以均质或似均质斜坡蠕滑拉裂式为最多，其他次之。关键词：地质灾害 斜坡结构类型 形成机理 成因模式 新宁县中图分类号：P694文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)10(c)-0021-07Formation Mechanism and Genetic Model of Slope Geological Hazards in Xinning County,Hunan ProvinceLIU Zhongnan1 GAO Yinmei2 HUANG Yongwei1 JIANG He1 YAN Zhiqiang1 LI Ce3(1.Geophysical and Geochemical Survey Institute of Hunan,Changsha,Hunan Province,410000 China;2.Henan Geology Mining College,Zhengzhou,Henan Province,450000 China;3.University of South China,Hengyang,Hunan Province,421000 China)Abstract:Slope geological disasters have always been the key and difficult point of geological disaster prevention and control.After the deformation and destruction of slopes,geological disasters such as landslide and collapse are easy to occur,which seriously threaten the safety of peoples lives and property.Before the slope deformation,it is very important to select the slope prone to disaster.Through the 1 10000 geological hazard survey in Xinning County,taking the residential slope as the basic survey unit,the development characteristics of geological hazards in the whole county are identified,the main disaster causing factors are analyzed,the structural types of typical disaster control slopes are summarized,and the formation mechanism and cause model of slope geological hazards are studied.The results show that the main disaster causing factors of slope geological hazards in Xinning County are landform,formation lithology and geological structure,rainfall and human engineering activities.There are 5 types of typical DOI：10.16660/ki.1674-098X.2211-5640-7049基金项目：中央财政项目“湖南省新宁县1 10000地质灾害调查和风险评价”，湖南省自然资源厅委托，湖南省财政厅转拨项目经费（湘财资环指 2020 10号，湘财资环指 2020 55号，湘财资环指 2021 50号）。作者简介：刘中楠（1992），男，本科，工程师，主要从事地质灾害调勘查及研究工作。21科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新hazard control slope structures,and the most disaster prone slope structures are soil tangent type and rock soil mixed type.There are four types of formation mechanisms and genetic models,with homogeneous or quasi-homogeneous slope creep slip tension cracking type as the main,followed by others.Key Words:Geological hazard;Slope structure type;Formation mechanism;Genetic model;Xinning County新宁县位于湖南省西南边陲，地处湘西山地丘陵区与南岭山地交接地带，地貌类型多样。东南以越城岭山脉为屏障，西南以雪峰山余脉为依托，西北与衡邵盆地接壤，形成东南高、西北低的倾斜地势1。下辖16个乡镇、317个行政村（居委会），人口64.68万人，总面积为2756.13km2。新宁县地质灾害以灾种全、数量多、规模小为特点，具典型的湖南省地质灾害发育特征。特别是近10年来，随着农村经济快速发展，居民切坡建房越来越多，斜坡地质灾害呈上升趋势，对人民的生命和财产安全造成了严重威胁。以往地质灾害防治工作重点轻面，新发生地质灾害预测准确度不高，造成地质灾害防治工作资源的配置不够精准有效。据不完全统计，19762016年间，全县地质灾害已造成17人死亡，毁坏房屋1284间、各级公路3591m、渠道595m、农田760亩，直接经济损失达4056.5万元。因此，通过开展全县域1 10000地质灾害调查工作，以人居斜坡为基本调查单元，查明区内地质灾害发育特征，总结斜坡地质灾害致灾因素及典型控灾斜坡结构类型，研究地质灾害形成机理与成因模式，有利于进行地质灾害趋势分析和预测预警，提高地质灾害的预测准确性，为地质灾害隐患及孕灾人居斜坡的识别提供方向，为今后点面相结合的管控方式提供基础信息，并为省内其他地区1 10000地质灾害调查工作提供帮助。1 地质灾害发育特征新宁县自2004年至今先后有湖南省地质环境总站、湖南省地质科学研究院、湖南省水工环地质工程勘察院等单位开展了1 100000、1 50000、中小学补充调查及单体地质灾害勘查与治理等工作。湖南省地球物理地球化学调查所新宁地灾项目组在前人成果的基础上历时2年多，通过以人居斜坡为基本调查单元，开展了地质灾害复核与新增工作，共计查明地质灾害及隐患点248处。1.1 地质灾害类型及数量新宁县地质灾害及隐患共有248处，发育类型有滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷和不稳定斜坡5类。其中，滑坡 149 处，在各类灾害中数量最多，占总数的60.08%；其次为不稳定斜坡39处、崩塌25处，分别占总数的15.73%、10.08%；再次为地面塌陷23处，占总数的9.27%；泥石流数量最少，为12处，占总数的4.84%。新宁县地质灾害总体是以滑坡为主、不稳定斜坡和崩塌次之的斜坡地质灾害，如图1所示。1.2 地质灾害发育规模全县地质灾害及隐患按发育规模进行分类，以小型为主，中型和大型较少，无特大型。小型有220处，占比88.71%；中型有25处，占比10.08%；大型有3处，占比1.21%。其中，滑坡149处中，有小型135处、中型13处、大型1处；崩塌25处中，有小型20处、中型5处，无大型；不稳定斜坡39处中，有小型35处、中型2处、大型2处；泥石流12处均为小型；地面塌陷23处中，有小型18处，中型5处，无大型。1.3 地质灾害物质组成滑坡按其物质组成划分为土质、岩质及岩土混合型，分别为107处、2处、40处。崩塌按其物质组成划分为土质和岩质型，分别为14处和11处。不稳定斜坡按其物质组成划分为土质和岩质型，分别为37处和2处。泥石流按其固体物质提供方式划分为沟床侵蚀、坡面侵蚀及沟岸崩滑型，分别为5处、2处、5处。地面塌陷按其成因划分为岩溶塌陷、采矿塌陷及其他塌陷型，分别为16处、3处、4处。1.4 地质灾害分布规律1.4.1 地质灾害空间分布规律滑坡149处：是本县发育数量最多、分布范围最广的地质灾害类型，遍及全县16个乡镇，其中以金石、黄龙等乡镇居多。全县滑坡集中分布在南部和东部的中低山地区，少数分布在北部的丘陵地区。崩塌25处：主要分布于崀山麻林、巡田靖位等山地地带，其形成与分布主要与岩性关系最为密切，多数为灰岩、砂砾岩、花岗岩等，其次为人类工程活动影响。不稳定斜坡39处：主要分布于崀山、舜皇山等山22科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科学研究创新地地带与金石丰田低山地带。泥石流12处：11处为自然因素形成的，分布于崀山镇至靖位乡舜皇山地区地势陡峭的中低山地带；1处为矿业活动堆积废石而形成的，表现为废渣流，分布于清江桥乡铁锑矿区。地面塌陷23处：主要分布于万塘、一渡水等乡镇碳酸盐岩发育地带、崀山金石镇砂岩与砂卵石地层发育地段与高桥镇采矿活动频繁区。按行政区划分，金石、崀山、黄龙等乡镇的地质灾害最为发育，巡田、丰田、靖位等乡镇的地质灾害不甚发育，如表1所示。1.4.2 地质灾害时间分布规律根据地质灾害发生时间统计显示，全县186处的崩塌、滑坡、泥石流中，有152处发生主要集中于47月，占总数的81.72%，尤以5月、6月、7月最为突出，与汛期基本保持一致，其余月份只有34处，相对较少。由此可见，滑坡、崩塌、泥石流与持续性降雨或暴雨的时间分布具有较强的一致性，如图2所示。1.5 地质灾害灾情险情1.5.1 地质灾害灾情新宁县现有地质灾害点209处，已造成死亡人数为2人，损毁民房968间，直接经济损失3563.7万元。按灾情标准划分，小型200处，中型8处，大型2处，无特大型。已造成2人死亡的灾害均属于滑坡地质灾害，且损毁民房严重，直接经济损失最高也属滑坡地质灾害，因此，新宁县影响最严重的灾种为滑坡地质灾害，如表2所示。1.5.2 地质灾害险情新宁县现有地质灾害及隐患248处，威胁总人口9892人，潜在经济损失44 006.5万元。按险情标准划分，小型222处、中型23处、大型3处，无特大型。其中以滑坡和地面塌陷威胁人口最多，以滑坡和泥石流潜图1新宁县地质灾害及隐患分布简图23科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新在经济损失最大，如表3所示。2 地质灾害致灾因素2.1 地形地貌是地质灾害发育的基础因素之一区内已发生地质灾害以山地丘陵为主，主要分布于山体中下部，地质灾害多发育于坡度为1560的山体。低于此坡度段的山体，地形比较平缓，上覆覆盖层较厚，自身的抗滑能力远大于自身重力，地质灾害产生的可能性较小；大于此坡度段的山体，上覆盖层较薄，虽然山体较陡，但其自身重力又比较小，亦产生地质灾害的可能性较小。只有此坡度段山体，上部覆盖层厚度适中、坡度较陡，在自身重力作用下，容易失衡，产生地质灾害。2.2 地层岩性及地质构造是地质灾害发育的基础因素之一区内已发生的地质灾害多为土质，其土体结构较为松散或含有大量砂砾，整体性较差，尤其是多发生于单斜构造、向背斜构造与山体呈顺向时。此类地质灾害体由于自身结构松散，下部基岩又和山体呈顺向时，两者之间摩擦阻力会大大减小，产生地质灾害的可能性就会随之增大。岩土混合型地质灾害次之，多发育于风化程度高的花岗岩地区，此类上部为土体、下部为坚硬的花岗岩、中部为松散的强风化花岗岩，多呈砂层，本身结构松散，在上部土层重力作用下，容易溃散，形成地质灾害。少数为岩质地质灾害，多发育于较软的岩石，如泥岩、页岩、泥（炭）质板岩、泥质粉砂岩、泥灰岩等；或较坚硬的砂质泥岩、粉砂岩、砂砾岩中夹薄层的泥页岩等，如白垩系红层。此类岩石本身结构较软或软硬相间，其与山体呈顺向时，在自身重力下，容易沿软弱结构面失衡滑动，产生地质灾害。因此，地质灾害多发生于岩性较软、软硬相间或花岗岩风化强烈区域，地层多为白垩系红层、二叠系龙潭表1新宁县各乡镇地质灾害情况表乡镇名称金石镇水庙镇崀山镇黄龙镇高桥镇回龙寺镇一渡水镇马头桥镇黄金瑶族乡麻林瑶族乡万塘乡清江桥乡安山乡丰田乡巡田乡靖位乡合 计崩塌1310110110300001325滑坡306132446312891476151149泥石流001301110101001212地面塌陷413120220140200123不稳定斜坡433433342212201239合计39133033101010201016191010189248所占比例/%15.735.2412.1013.314.034.034.038.064.036.457.664.034.030.403.233.63100 05101520253035401-3456799-12数量/处时间/月滑坡崩塌泥石流图2滑坡、崩塌、泥石流发生时间折线图24科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科学研究创新组、石炭系测水组等地层，多发生于单斜构造、向背斜构造与山坡顺向时。2.3 降雨是地质灾害发育的诱发因素之一新宁县每年雨季为48月，统计其47月发生的地质灾害数量占比高达81.72%。而多数发生的地质灾害又以碎屑岩、泥质变质岩及侵入岩浆岩等较多，易风化成土体，此类土体松散、透水性好、黏聚力低，在连续降雨或强降雨后，水通过土体向下渗，地下水或局部潜水水位抬升，含水率与孔隙水压力升高，黏性土或软弱岩石浸泡软化，降低摩擦阻力，改变斜坡体原有平衡状态，在自重力作用下，促使局部斜坡变形而导致灾害产生。2.4 人为因素是触发地质灾害的最大外动力人类工程活动是诱发地质灾害的一个重要因素。新宁县属山地与丘陵过渡区，平地少，当地村民建房一般依山而建，普遍存在切坡现象，加之修建公路亦需切坡。人为切坡后，为节约修建费用，一般切坡坡度为5080、切坡高35m、坡脚距12m，少数切坡高达10余米，尤其是数栋房屋连续修建时，切坡形成的临空面长几十米至百余米不等，改变原有自然斜坡的平衡状态，容易引发地质灾害。3 典型控灾斜坡结构类型通过对地质灾害及隐患发育的地貌进行统计分析，全县域斜坡地质灾害占比高达88.71%，共有220处。斜坡地质灾害包含滑坡、崩塌、不稳定斜坡的全部及泥石流的部分2-5，泥石流的部分为坡面侵蚀和沟岸崩滑型两种。新宁县典型控灾斜坡结构类型一共有5种（见图3）。3.1 土质顺切型该类型是区内分布范围最广、发生频率最高的控灾斜坡结构类型。该类型上部一般覆盖28m的黏土，下部为泥岩、板岩、页岩、泥质砂岩、泥灰岩等相对较软的岩石，岩层倾向与斜坡坡向呈同向或顺切，夹角在060之间，地质灾害视人工切坡情况沿基覆界面或层内错动带滑动位移。此类斜坡容易失衡、稳定性差，易产生滑坡地质灾害，见图3（a）。3.2 土质逆横型该类型是区内分布范围、发生频率中等的控灾斜坡结构类型。该类型上部一般覆盖410m的黏土，下部为泥岩、板岩、泥质砂岩、泥灰岩等相对较软的岩石，岩石风化程度强烈、节理裂隙发育、完整程度差，岩层倾向与斜坡坡向呈逆向至横向，夹角在60180之间，地质灾害常沿下部岩层风化碎裂带滑动位移。此类斜坡较容易失衡、稳定性较差，易产生滑坡地质灾害，见图3（b）。3.3 岩质顺切型该类型是区内崩塌、滑坡发育较少的一种控灾斜坡结构类型。该类型岩性主要为页岩、砂岩、灰岩、硅质岩，此类型岩层倾向与斜坡坡向同向或顺切，夹角在表2新宁县各灾种灾情统计表灾害类型滑坡崩塌泥石流地面塌陷合计数量/处149251223209小型14525921200中型40318大型00011特大型00000死亡/人20002毁房/间55629139244968直接经济损失/万元1584.2647791136.53563.7表3新宁县各灾种险情统计表灾害类型滑坡崩塌泥石流地面塌陷不稳定斜坡合 计数量/处14925122339248小型1422571434222中型7038523大型002103特大型000000威胁人口/人28611171970316917759892潜在经济损失/万元16948.5692153206651439544006.525科技创新导报Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald科学研究创新060之间，且岩层倾角常小于斜坡陂角，地质灾害常沿岩层层面或层间夹有的次一级软弱层滑动位移。此类斜坡容易失衡、稳定性差，易产生崩塌为主、滑坡次之的地质灾害，见图3（c）。3.4 岩质逆横型该类型是区内零星发育的一种控灾斜坡结构类型。该类型发育规模小、频率低，岩性主要为白垩系砂岩和三叠系薄层灰岩，此类型岩层层面与斜坡坡向呈逆向至横向，夹角在60180之间，常发育一组同斜坡坡向一致的节理裂隙，地质灾害常沿节理裂隙面错断位移。此类斜坡较容易失衡、稳定性较差，易产生崩塌地质灾害，见图3（d）。3.5 岩土混合型（花岗岩风化壳型）该类型是区内发育次之的一种控灾斜坡结构类型。该类型主要发育于中低山风化程度高的花岗岩地区，其岩性上部为第四系坡积层，中部为全强风化花岗岩砂土层，下部为中微风化花岗岩，此类斜坡一般较陡，坡度在3060之间，中部岩性密实度低、可塑性差，地质灾害常沿强中风化花岗岩顶部滑动位移。此类斜坡容易失衡、稳定性差，易产生滑坡地质灾害，崩塌次之，少数泥石流，见图3（e）。4 形成机理与成因模式通过分析、研究地质灾害发育特征及致灾因素，结合典型控灾斜坡结构类型，总结了区内地质灾害形成机理与成因模式，主要分为以下4种类型。4.1 均质或似均质斜坡蠕滑拉裂式此类地质灾害顶部一般为残积土层，底部一般为风化程度较高的红层6-7、页岩、泥岩、泥灰岩、浅变质岩、花岗岩8-9等，地形一般为1560的中低山及丘陵区，岩层倾向一般与山体坡向大致相同。其演化规律一般为人类在坡脚切坡建房，扰动了斜坡的初始应力平衡条件，斜坡的应力平衡一旦打破，就会随之进行应力的调整，以求达到新的平衡。在连续降雨或暴雨状态下，雨水下渗使土体饱和，抗剪强度降低，加速了应力的调整速度，当调整速度过快时，就是突发地质灾害的时候。此类地质灾害造成危害的方式为多为滑坡，崩塌及泥石流较少，是区内发育地质灾害最多的模式。4.2 平缓层状斜坡滑移压致拉裂式此类地质灾害上覆较薄的残积土层，下部一般为弱风化的红层、页岩、泥灰岩、浅变质岩等，地形一般为（a）土质顺切型（b）土质逆横型（c）岩质顺切型（d）岩质逆横型（e）岩土混合型 图3典型控灾斜坡结构类型26科技创新导报Science and Technology Innovation Herald科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2022 NO.30 科学研究创新3080的中低山区，岩层近水平，倾角一般小于10。其演化规律一般为人类在坡脚切坡建房，扰动了斜坡的初始应力平衡条件。在连续降雨或暴雨状态下，雨水下渗使岩土体饱和，抗剪强度下降，自身重力加大，当重力和摩擦力极限状态打破时，坡体就会沿节理裂隙面断开滑落，形成地质灾害。其造成危害的方式多为崩塌，滑坡次之。4.3 缓倾外层状斜坡滑移拉裂式此类地质灾害上覆一定的残积土层，下部为软硬相间的岩层组合且以硬质岩层为主，一般为砂岩夹页岩或泥岩、灰岩或泥灰岩夹页岩、变质砂岩夹板岩等，地形一般为3060的中低山及丘陵区，岩层层面一般与山体坡向一致，且岩层倾角小于山体陂角，倾角一般小于15。其演化规律一般为人类在坡脚切坡建房，扰动了斜坡的初始应力平衡条件。在连续降雨或暴雨状态下，雨水下渗使岩土体饱和，抗剪强度降，自身重力加大，中间以黏土矿物为主要成分的软质岩层遇水发生软化、泥化，当重力和摩擦力极限状态打破时，上部坡体就会以节理裂隙面裂开并沿软弱层面滑落，形成地质灾害。其造成危害的方式多为岩质滑坡，崩塌较少。4.4 缓倾内层状斜坡的滑移压致拉裂式此类地质灾害上覆较薄的残积土层或基岩直接裸露，下部为薄层灰岩及泥灰岩10、浅变质岩、红层等，地形一般为5080的中低山区，岩层层面一般与山体坡向相反或斜交，岩层倾角一般1525。其演化规律一般为人类在坡脚修建公路为主、切坡建房次之，扰动了斜坡的初始应力平衡条件。在连续降雨或暴雨状态下，雨水下渗使岩土体饱和，自身重力加大，使坡体沿岩层节理裂隙面裂开直接向下崩落或滑落。其造成危害的方式多为崩塌，滑坡较少。5 结语本文在收集资料和本次调查工作成果基础上，划分了5类斜坡地质灾害典型控灾斜坡结构类型：土质顺切型、土质逆横型、岩质顺切型、岩质逆横型及岩土混合型（花岗岩风化壳型），总结出斜坡地质灾害形成机理与成因模式4种类型：均质或似均质斜坡蠕滑拉裂式、平缓层状斜坡滑移压致拉裂式、缓倾外层状斜坡滑移拉裂式及缓倾内层状斜坡的滑移压致拉裂式。新宁县斜坡地质灾害致灾基础因素为地形地貌、地层岩性及地质构造，主要诱发因素为降雨和人类工程活动。多数斜坡地质灾害发育于土质顺切型及岩土混合型斜坡，其形成机理与成因模式以均质或似均质斜坡蠕滑拉裂式为主。今后，在人居斜坡风险性调查评价中，应以切坡建房程度高、斜坡结构为顺切坡或风化程度高的花岗岩坡为重点。在汛期或极端降雨工况下，加强巡排查、群测群防工作，针对重点斜坡，可适当部署监测预警设备，必要时进行易地搬迁或勘查治理。参考文献1 王业社,陈立军,杨贤均,等.湖南新宁野生藤本植物组成及多样性分析J.植物资源与环境学报,2013,22(4):89-97.2 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