孟立朋 彭軒明 吳吉民 黃波林 陳立德

(1.宜昌地質礦產研究所,湖北 宜昌 443003;2.中國地質科學院,北京 100037;3.青島海洋地質研究所,青島 266071)

青干河發(fā)育于湖北省秭歸縣境內,屬于長江右岸支流.受區(qū)域構造(百福坪背斜及秭歸向斜)影響,青干河左岸及其支流鑼鼓洞河左岸部分碎屑巖區(qū)主要表現(xiàn)為順向、斜順向結構岸坡,地質災害較為發(fā)育,災害類型多為滑坡.岸坡演化方式主要以滑坡形式進行,岸坡演化過程主要由岸坡結構及軟硬相間巖組特征決定.即使具有相同岸坡結構及巖性組合特征等地質條件的不同岸段,其穩(wěn)定狀況、變形特征、岸坡組成等也存在明顯差異.

因此,通過調查分析青干河岸坡穩(wěn)定現(xiàn)狀、變形特征、岸坡組成差異,對該區(qū)域順向、斜順向結構岸坡演化階段及演化規(guī)律進行研究,并進行岸坡演化階段分區(qū),對該區(qū)域地質災害防治具有指導意義.

1 研究區(qū)地質環(huán)境條件

1.1 地貌特征

區(qū)域上,青干河位于大巴山、巫山和荊山山脈交接部位,為我國三大地貌階梯中的二級階梯,屬典型的中山峽谷地貌.青干河總體呈東西流向于秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)附近匯入長江,全程54 km,天然總落差873 m,平均坡降10.9%,流域面積782 km2.研究區(qū)主要分布于青干河沙鎮(zhèn)溪～周家埡岸段及其支流鑼鼓洞河河口～兩河口岸段,地貌類型主要為三疊系及侏羅系碎屑巖組成的侵蝕構造類型,岸坡分布高程為300～ 1000m,坡度一般為 20°～ 40°,河谷整體呈“V”字型.

1.2 地層巖性及巖性組合

研究岸段基巖巖性主要為三疊系上統(tǒng)沙鎮(zhèn)溪組(T3s)、侏羅系下統(tǒng)香溪組(J1x)及侏羅系中下統(tǒng)聶家山組(J1-2n)碎屑巖地層(見圖1).巖性組合均具軟硬相間特征,具體特征見表1.

圖1 研究區(qū)地形地質圖

表1 研究岸段巖性及巖性組合特征

1.3 地質構造

研究區(qū)主要發(fā)育構造為百福坪背斜及秭歸向斜,其中青干河沙鎮(zhèn)溪至周家埡岸段主要分布于百福坪背斜南翼,鑼鼓洞河河口至兩河口岸段主要分布于秭歸向斜北西翼(見圖2).

圖2 研究區(qū)構造綱要簡圖

1.4 水文地質條件

研究區(qū)兩岸小型縱向溝谷較多,呈網狀分布,地表水系發(fā)育.根據地下水的賦存條件和含水介質特征,區(qū)內地下水主要可分為第四系松散堆積物孔隙水、碎屑巖類基巖裂隙水兩種類型.

2 岸坡現(xiàn)狀特征研究

通過對研究區(qū)內不同岸段的穩(wěn)定狀況及變形破壞特征、變形體性質、規(guī)模等的調查分析,將研究區(qū)內岸坡劃分為如下3種類型:第一類岸坡:斜坡體覆蓋有少量第四系堆積體,無變形或偶有小規(guī)模第四系堆積體變形,無基巖變形跡象.第二類岸坡:坡體上發(fā)育大量滑坡以大型至特大型滑坡為主,滑坡體為巖質或碎塊石土,常有變形跡象發(fā)生,甚至是大規(guī)模的失穩(wěn)滑動,具有規(guī)模大,危害大等特征.第三類岸坡:坡體上發(fā)育大量滑坡以小型至中型滑坡為主,滑坡體為碎塊石土或土質,老滑坡體常有變形跡象發(fā)生甚至是失穩(wěn)滑動,相對第二類岸坡規(guī)模小,危害小.

根據以上所述岸坡特征,研究區(qū)內岸坡可劃分為8個岸段,劃分結果如圖3所示,其A、D、E段具有第三類岸坡特征,其發(fā)育災害特征如表2、5、6所示,B、F、H段具有第二類岸坡特征,其發(fā)育災害特征如表3、4、7所示,C、G段具有第一類岸坡特征,目前處于穩(wěn)定狀態(tài),坡體上第四系堆積體規(guī)模較小,基巖無變形跡象.

圖3 研究區(qū)岸坡現(xiàn)狀分區(qū)圖

表2 A岸段岸坡災害特征

表3 B段岸坡災害特征

表4 D段岸坡災害特征

表5 E段岸坡災害特征

表6 F段岸坡災害特征

續(xù)表6 F段岸坡災害特征

表7 H段岸坡災害特征

3 研究區(qū)岸坡演化階段性及周期性研究

岸坡演化經歷了漫長的地質時代,研究區(qū)內順向、斜順向岸坡結構及軟硬相間的巖性組合決定了岸坡的演化主要以滑坡的形式來體現(xiàn)[1-4].而其碎屑巖巖類多具有良好的沉積韻律及巖性旋回,則必然導致岸坡演化過程也與之對應,使其具一定的階段性和周期性.而此類岸良好的沉積韻律、巖性旋回及河流侵蝕作用則是其演化過程具有階段性和周期性的內部條件及外部動力條件.

3.1 岸坡演化階段性研究

由上述可知青干河軟硬相間碎屑巖順向、斜順向岸坡現(xiàn)階段的存在狀態(tài)可分為如上述3種類型,而這3種岸坡存在狀態(tài)亦為岸坡演化過程中某一階段的特征體現(xiàn).根據對研究區(qū)岸坡結構、巖性組合及特征、岸坡現(xiàn)階段存在狀態(tài)等因素的綜合考慮,文章對研究區(qū)岸坡演化過程進行了總結,認為總共可分為4個階段:穩(wěn)定巖質斜坡階段-不穩(wěn)定巖質斜坡階段-斜坡變形失穩(wěn)階段-老滑坡殘體消亡階段.其特征如下:

(1)穩(wěn)定巖質斜坡階段:穩(wěn)定巖質斜坡階段是由老滑坡殘體消亡階段過渡而來,該階段岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài),坡體上殘存少量第四系坡積體,無變形或偶爾第四系坡積體有變形.如研究區(qū)所對應的C和G段,隨著河流侵蝕下切至或接近下一軟弱層面時,在軟弱層面不斷風化、抗滑力逐漸減小的情況下,其穩(wěn)定狀況逐漸由穩(wěn)定向不穩(wěn)定過渡,其演化階段亦由穩(wěn)定巖質斜坡階段逐漸向不穩(wěn)定巖質斜坡階段過渡.

(2)不穩(wěn)定巖質斜坡階段:該階段岸坡處于較穩(wěn)定-穩(wěn)定性較差狀態(tài),斜坡體覆蓋有少量第四系堆積體,規(guī)模小,屬淺表層堆積.偶爾有變形跡象,規(guī)模較小且以第四系堆積體變形為主,基巖有過變形跡象.河流切割至軟弱層面附近為岸坡失穩(wěn)變形提供了臨空條件的情況下,軟弱層面的抗滑力逐漸減小使得岸坡逐漸由不穩(wěn)定巖質斜坡階段向斜坡變形失穩(wěn)階段過渡.

不穩(wěn)定巖質斜坡階段對應的岸坡即為不穩(wěn)定斜坡,受調查手段及方法等的限制,研究區(qū)內未發(fā)現(xiàn)此類岸坡,但是不排除部分岸段已經處于不穩(wěn)定斜坡階段,千將坪滑坡在2003年7月發(fā)生滑動之前的狀態(tài)可認為其處于不穩(wěn)定斜坡狀態(tài)[5-6],只是其在由不穩(wěn)定斜坡階段向斜坡變形失穩(wěn)階段的過渡當中是以突變或者說是以較為激烈的形式發(fā)生轉變的,這主要與其所處的地質環(huán)境有關.

(3)斜坡變形失穩(wěn)階段:該階段是指原始巖質岸坡大范圍變形破壞,及之后的反復變形失穩(wěn)的過程.其主要特征是發(fā)育有大型-特大型巖質滑坡或碎塊石土質滑坡,隨著滑坡體的反復變形滑移,其規(guī)模逐漸變小,巖體逐漸破碎,并逐漸向岸坡演化的下一階段即老滑坡殘體消亡階段過渡,該階段的岸坡一般都處于穩(wěn)定性較差狀態(tài),且一但失穩(wěn)其破壞性一般較大.研究區(qū)內處于該階段的岸坡為B、F、H段.

(4)老滑坡殘體消亡階段:該階段岸坡是由斜坡變形失穩(wěn)階段過渡而來,主要表現(xiàn)為存在大量小型-中型土質滑坡,其穩(wěn)定性處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定性較差狀態(tài),其失穩(wěn)變形相對上一階段都較為緩和,破壞性也較上一階段要小.隨著該階段的滑坡殘體即小型-中型滑坡體的變形失穩(wěn),其規(guī)模進一步減小,其穩(wěn)定狀態(tài)亦由穩(wěn)定性較差逐漸過渡為基本穩(wěn)定狀態(tài).之后岸坡演化過程過渡為穩(wěn)定巖質斜坡階段.研究區(qū)內處于該階段的岸坡為A、D、E段.

岸坡演化階段及各階段轉化過程如圖4所示.

圖4 岸坡演化階段及轉化過程示意圖

3.2 岸坡演化周期規(guī)律研究

在演化過程中當河流尚未下切至軟弱夾層時,其岸坡處于穩(wěn)定巖質岸坡階段或者不穩(wěn)定巖質斜坡階段.當河流下切至軟弱夾層附近導致軟弱夾層臨空時,在降雨、庫水位變化等誘發(fā)因素作用下往往發(fā)生巖質滑坡,并在區(qū)內形成廣泛分布的滑坡堆積體.此時岸坡處于岸坡演化的第三階段即斜坡變形失穩(wěn)階段.隨著滑坡堆積體的不斷變形滑移,其規(guī)模逐漸變小,巖體逐漸破碎,逐步過渡到老滑坡殘體消亡階段.隨著老滑坡殘余堆積體的變形滑移,規(guī)模進一步減小.其穩(wěn)定狀態(tài)亦逐步由穩(wěn)定性較差向穩(wěn)定狀態(tài)過渡,之后進入穩(wěn)定巖質斜坡階段.研究區(qū)岸坡演化過程即為上述4種狀態(tài)之間的相互轉換過程.由岸坡進入穩(wěn)定階段開始至老滑坡殘體消亡階段結束的整個過程可以稱之為岸坡演化的一個周期,岸坡這種周而復始的演化過程稱之為岸坡演化的周期性如圖5所示.

圖5 岸坡演化周期性示意圖[2]

此外岸坡在演化過程當中,由一個演化周期進入下一個演化周期時并不一定嚴格按照上述的4個階段演化,有些演化階段表現(xiàn)得可能不是很明顯如千將坪滑坡,其岸坡演化的不穩(wěn)定斜坡階段就體現(xiàn)得不夠明顯,也有可能會有某一演化階段的缺失,如當岸坡處于老滑坡殘體消亡階段時,河流切割至下一軟弱層面并發(fā)生大規(guī)模的巖質岸坡失穩(wěn)破壞,這一過程就越過了穩(wěn)定巖質斜坡階段及不穩(wěn)定巖質斜坡階段.不同岸段的具體演化過程主要由岸坡所處的地質環(huán)境及河流侵蝕速度等因素決定.

3.3 研究區(qū)岸坡所處演化階段劃分及防治建議

據上述對研究區(qū)內岸坡現(xiàn)狀特征研究及岸坡演化階段性研究,文章認為具有第一類岸坡特征的C段和G段,處于岸坡演化的第一階段-穩(wěn)定巖質斜坡階段,該階段是岸坡的穩(wěn)定期,一般無地質災害,且在天然狀態(tài)下相當一段時間內也不會發(fā)生具有較大規(guī)模及危害的岸坡失穩(wěn)事件.具有第二類岸坡特征的B、F、H段,處于岸坡演化的第三階段-斜坡變形失穩(wěn)階段,該階段是岸坡失穩(wěn)變形的活躍期,發(fā)育地質災害具有規(guī)模大,頻率高等特征,處于該演化階段的岸坡治理難度較大,但是其地質災害較易識別,應以監(jiān)測預防為主,建立完善的監(jiān)測系統(tǒng),對其變形發(fā)展動態(tài)進行監(jiān)測,并實現(xiàn)中期和臨滑預報,盡可能減輕災害損失.具有第三類岸坡特征的A、D和E段,處于岸坡演化的第四階段-老滑坡殘體消亡階段,該階段岸坡以土質滑坡變形失穩(wěn)為主,規(guī)模及頻率相對第三階段要小,且其后期為穩(wěn)定巖質岸坡階段,可采用防治結合的手段.受調查手段及方法等的限制,研究區(qū)內未能劃分出處于不穩(wěn)定巖質斜坡階段的岸坡,但是不排除部分岸段已經進入該演化階段,該階段的岸坡雖然處于穩(wěn)定、基本穩(wěn)定狀態(tài),但是也是大規(guī)模巖質岸坡失穩(wěn)變形的孕育期,因此加強對該階段岸坡的識別,穩(wěn)定性評價,監(jiān)測預報對地質災害的防治具有重要意義.

4 結 論

(1)根據岸坡現(xiàn)狀特征,研究區(qū)內岸坡可劃分為8個岸段、3類岸坡,其中:C、G 段屬第一類岸坡;B、F、H段屬第二類岸坡;A、D、E段屬第三類岸坡.

(2)研究區(qū)內順向、斜順向軟硬相間岸坡演化過程劃分為4個階段:穩(wěn)定巖質斜坡階段-不穩(wěn)定巖質斜坡階段-斜坡失穩(wěn)變形階段-老滑坡殘體消亡階段,在河流侵蝕切割影響下,上述4個階段周期性進行.

(3)研究區(qū)內不同岸段所處的演化階段具體劃分為:C段和G段處于穩(wěn)定巖質斜坡演化階段,B、F和H段處于斜坡變形失穩(wěn)階段,A、D和E段處于老滑坡殘體消亡階段.

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