广西玉林某坡面泥石流发育条件及形成机理研究_刘昶.pdf

发展与创新1882023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究摘要：文章以广西玉林某地“69”特大暴雨引发的某坡面泥石流为例，通过地面调查查明其发育条件，分析该泥石流所处的气象、水文、地层岩性、工程地质条件、水文地质条件、地质构造、人类工程活动等地质环境条件，研究泥石流在降雨等各种因素下的形成机理，特别是花岗岩地区浅层坡面泥石流的形成机制，进而提出监测、疏通排堵、加强地灾宣传等防治措施建议。所得结论准确可靠，对于此类坡面泥石流的防治具有一定的指导意义。关键词：坡面泥石流；地层岩性；降雨Abstract:This paper takes a slope debris flow caused by“69”torrential rain in Yulin,Guangxi as an example.Through ground investigation,the development conditions of the slope debris flow are found out,and the meteorological,hydrological,stratigraphic lithology,engineering geological conditions,hydrogeological conditions,geological structure,human engineering activities and other geological environment conditions of the slope debris flow are analyzed.The formation mechanism of debris flow under various factors such as rainfall,especially the formation mechanism of shallow slope debris flow in granite area,is studied,and then the prevention and control measures such as monitoring,dredging,and strengthening the publicity of geological disasters are put forward.The conclusion is accurate and reliable,which has certain guiding significance for the prevention and control of such slope debris flow.Key Words:slope debris flow;stratigraphic lithology;rainfall分类号：P642.23广西玉林某坡面泥石流发育条件及形成机理研究刘 昶广西壮族自治区地质环境监测站，广西 南宁 530201Research on the Development Conditions and Formation Mechanism of a Slope Debris Flow in Yulin,Guangxi LIU ChangGeological Environment Monitoring Station of Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning 530201,Guangxi,China060.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.02.作者简介：刘昶，男，硕士，高级工程师，研究方向为地质灾害防治。1 广西玉林某坡面泥石流概况广西玉林某坡面泥石流发育于居民后山，物源区长约 42 m、宽约 30 m、厚约 2 m，物源区上部（后缘）与倒塌房屋地面垂直距离为 41 m、斜距约 93 m，物源区下部与坡脚垂直距离为 16 m、斜距 65 m，初期流通方向为 20，流动到下部沟谷后，沿沟谷走向折向350方向流动。整个流程约 120 m，泥石流总方量约2 500 m3，淤积于居民旧屋区。泥石流流动过程中，冲击沟边及沟内的楼房和瓦房，造成房屋损毁，如图 1、图 2 所示。灾害导致 2 人死亡、1 人受伤，15 间房屋倒塌损毁，灾害直接经济损失约 60 万元，根据广西壮族自治区人民政府印发的广西壮族自治区突发地质灾害应急预案（桂政办函202012 号），其灾情等级为小型。坡面泥石流剖面如图 3 所示。图 1 坡面泥石流航拍图图 2 坡面泥石流现场图砂质黏土原地形线标高（m）物源区倒塌房屋处花岗岩堆积物推测岩土接触面距离（m）260240220180160140120100806040200380400420440460480200流通区堆积区20350图 3 坡面泥石流剖面示意图发展与创新189工程技术研究 第 8 卷 总第 130 期 2023 年 1 月目前该坡面泥石流堆积物堆积于坡脚地势平缓处，堆积物基本稳定，但沟谷区上游表层土质松软、坡度大、汇水条件较好，在强降雨、震动、土体累进破坏等因素作用下，再次发生小规模滑坡及坡面泥石流的可能性较大，预计规模小于 300 m3，其潜在影响范围包括整个形成区、流通区、堆积区（居民旧屋区、无人居住）1。在此范围内无重要设施，威胁对象主要为过往行人，预计受威胁的不特定人员少于 10 人，财产少于50 万元，其险情等级为小型。2 泥石流发育条件2.1 气象、水文研究场地属南亚热带季风气候区，气候温和，多年平均气温为 21.7、最高温度为 38.3、最低温度为-0.4。据北流防汛办资料（自 1959 年至今），多年平均降水量为 1 699.5 mm，年降水量最大为 2 843.7 mm（1970 年），年降水量最小为 1 088.8 mm（1980 年）。光热丰富，雨量充沛，降雨多集中在 49 月，雨热同季。月降水量最大为 772.5 mm，月降水量最小为 0 mm。研究场地地处西江流域，西江二级支流北流河（圭江）是市内最大的河流，源出平政镇上梯村石城猫，流域控制集雨面积为 1 646.9 m2，在北流市境内的集雨面积为 1 475.4 m2；河流高程 78 m，天然落差 192 m。年平均流量为 51.9 m3/s，最枯流量为 2.15 m3/s。圭江先由上梯南流，至岭垌村向西北而流，至蟠龙向北流，至市区折向东北而流，经高车大车堡流入容县，并经容县、藤县注入浔江，再汇入西江。圭江二级支流新丰河从场地东侧约 8 km 处自南往北径流，该段正常水位约+97 m。场地中部发育有一冲沟，为季节性水流，断面流量在 0.5 3.0 m3/s。2.2 地形地貌该坡面泥石流一带属构造剥蚀低山丘陵地貌，山（丘）顶标高在 300 642 m，自然坡度为 25 40，山顶多浑圆，山体下部略缓，中部较陡；坡脚谷地多呈“U”字形，宽 50 300 m 不等，谷底平缓开阔。坡面泥石流发育于石鼓寨（山头名称，山顶标高 642.8 m）北麓的一山体余脉，山体斜坡第一斜坡带坡顶标高约 440 m、坡脚地面标高 335 344 m，自然坡度在 30 40，坡面植被主要为稀疏的人工桉树、灌木及荒草，植被覆盖率在 70%左右。2.3 地层岩性灾害点及附近一带属于花岗岩分布区，分布第四系坡残积层（Qdl+el）及青白口纪片麻状细粒含矽线黑云二长花岗岩（Qbg2）岩体，其地层岩性分述如下：（1）第四系坡残积层（Qdl+el）。分布于自然斜坡表面，岩性为砂质黏土，黄褐色、褐红等，砂砾含量一般在 15%25%，地表受雨水冲刷，含量达35%40%。砂砾成分以石英、长石为主，粒径多在1 3 mm，厚度一般在 3 6 m，局部达 10 m。坡残积层厚度较大，黏结性差，结构松散，遇水易崩解。（2）青白口纪片麻状细粒含矽线黑云二长花岗岩（Qbg2）。灾害点周围大面积分布，岩性为片麻状细粒含矽线黑云二长花岗岩，岩层表面风化强烈，全风化层呈类土状，厚度一般大于 5 m，以含砂质黏土为主，土质疏松，遇水易崩解，下伏基岩节理裂隙较发育。2.4 区域地质构造及地震根据区域地质资料，陆川岑溪深断裂带从灾害点北西侧约 29 km 处通过，陆川岑溪断裂为张性断裂，走向北东向，长度大于 420 km，倾向南东，倾角为 40 70，断裂标志明显，破碎带宽数 10 m，该断裂控制着境内沉积岩相及岩浆活动。切割地层包括O、K。大塘韧性剪切带（三江口新丰大断裂）从灾害点西侧约 5 km 处通过，大塘韧性剪切带为北南走向，向东倾，倾角为 60 65，带内宏观上表现为规模较大的千糜岩带，宽 1.0 17.2 m，一般为 3 5 m。带内岩石千枚理、劈理发育，岩石均有不同程度的糜棱岩化和挤压破碎现象。灾害点及附近地表为第四系坡残积层所覆盖，断裂、褶皱构造特征不明显2。灾害点一带地震动峰值加速度为 0.1g，地震动加速度反应谱特征周期为 0.35 s。该区域地震基本烈度为 7 度，属区域地壳次不稳定区。2.5 岩土体工程地质类型及特征根据岩土体的岩性组合、强度特征及岩土体结构类型，研究场地岩土体可划分为 2 个工程地质岩组：（1）砂质黏土单层结构土体。由第四系坡残积层砂质黏土组成，分布于研究场地表面，可塑硬塑状态，厚度 3 6 m，局部超过 10 m，中等压缩性，承载力特征值为 170 190 kPa；透水性弱3。（2）块状花岗岩岩组。由青白口纪片麻状细粒含矽线黑云二长花岗岩组成，基岩面埋深一般在 3 6 m，浅部风化严重，呈全强风化，其全风化层成土状；岩石饱和单轴抗压强度为 10 30 MPa，承载力特征值为 1 2.3 MPa；新鲜花岗岩呈块状构造，结构致密、坚硬4。发展与创新1902023 年 第 02 期 总第 130 期 工程技术研究2.6 水文地质特征（1）松散岩类孔隙水。地下水以潜水形式赋存于第四系坡残层的孔隙。由于第四系坡残积层黏性土含量较大，黏性土填充于砂砾孔隙之间，不利于地下水储存，单井涌水量一般小于 100 m3/d，泉水流量常见值一般小于 0.1 L/s，水量贫乏。补给来源为大气降雨的垂直入渗补给5。地下水接受补给后，经短暂径流，大部分于谷地低洼处以沟尾泉的形式排泄出地表，部分则下渗补给下伏的花岗岩风化带网状裂隙水。（2）花岗岩风化带网状裂隙水。地下水接受雨水入渗补给后，赋存和运移于花岗岩风化带的网状裂隙中，其径流方向受地形的控制，径流速度受基岩风化裂隙发育程度的影响控制明显。一般呈分散式径流，流程较短，大多于坡脚冲沟两侧以沟尾泉的形式出露地表汇入溪流。根据区域水文地质资料，地下水枯季迳流模数大于 12 L/（skm2），泉流量在 0.5 1.0 L/s，水量丰富6。由于坡面土体浅部结构松散，雨水入渗土层后，一方面土层吸水自重增加，另一方面使松散土层吸水软化甚至饱和而崩解，力学强度大幅度降低，在陡峭斜坡处极易快速下滑。3 泥石流形成机理分析（1）强降雨作用：据玉林气象局自动雨量站信息，2022 年 6 月 8 日 4 时至 9 日 4 时，距离灾害点较近的雨量站点 24 h 降雨总量达 273.4 mm，属于特大暴雨级别。大量雨水沿裂隙、孔隙下渗后，一方面使土体吸水软化，并使土体强弱风化层接触面等软弱结构面间的摩擦力进一步降低；另一方面使土体含水率呈饱和状态自重加大，增大下滑力。另外，松散的坡面土体在大量遇水冲刷下，迅速崩解，与雨水相混杂向坡下倾泻而下，成为泥石流的物质来源。（2）地形地貌因素：灾点处于南方低山丘陵地貌区，自然坡度为 30 40，泥石流形成区山体自然坡度为 38，山体自然坡度较陡，临空条件好。（3）地层岩性：灾点位于花岗岩地区，岩体浅部风化强烈，土层厚度为 10 20 m，厚度较大，结构松散，含砂率较大，渗透性强，有利于雨水下渗，吸水后易软化、崩解，不利于山坡稳定7。4 防治建议疏通山坡中上部的废弃水沟，对其进行防渗处理，将水流引到沟谷溪流处，沿泥石流沟谷处设置