李浩賓，馮文凱，葛　華，徐　偉，吳　剛

(1.成都理工大學 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室， 四川 成都 610059；2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心， 四川 成都 610081)

普格縣重點城鎮(zhèn)斜坡結(jié)構(gòu)類型劃分及破壞模式探討

李浩賓1，馮文凱1，葛華2，徐偉2，吳剛1

(1.成都理工大學 地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室， 四川 成都 610059；2.中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心， 四川 成都 610081)

摘要：基于對該區(qū)域的巖組詳細劃分，結(jié)合高分辨率Worldview2衛(wèi)星影像，使用ArcGIS軟件生成1∶10 000大比例尺的斜坡結(jié)構(gòu)分布圖和災(zāi)害點的分布規(guī)律圖，進行疊加分析，對典型滑坡的破壞模式進行詳細剖析，研究結(jié)果表明：碎屑巖和第四系堆積物易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，其破壞模式以滑移-壓裂或滑移-拉裂為主；斜坡結(jié)構(gòu)為土質(zhì)斜坡易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，土質(zhì)類型斜坡主要沿基覆界面或松散堆積物中最軟弱面滑下，其破壞模式多為牽引-推移，滑帶多呈圓弧形，巖質(zhì)斜坡結(jié)構(gòu)規(guī)律不明顯；通過對姚家山滑坡破壞模式進行詳細剖析，得知該滑坡破壞機制是牽引-推移模式，并提出了該類型滑坡防治建議。

關(guān)鍵詞：山區(qū)重點城鎮(zhèn)；ArcGIS；斜坡；結(jié)構(gòu)類型；破壞模式

普格縣位于四川省西南部，涼山彝族自治州東部，在東經(jīng)102°26′—102°46′，北緯27°13′—27°31之間。普格縣境是橫斷山脈南段高山峽谷的一部分。縣境內(nèi)烏科梁子與螺髻山東、西對峙，中梁子縱貫其間。地貌輪廓是三山夾兩谷，峽谷相間，南北走向，南低北高。在中梁子兩側(cè)，東有西洛河、西有則木河由北向南流至中梁子南段匯合而成黑水河，地震基本烈度為Ⅷ度，地震動峰值加速度為0.20g。而涼山州普格縣作為全國滑坡災(zāi)害極高危險性等級區(qū)，具有極高易損性，屬自然災(zāi)害危險性最高等級第5級，產(chǎn)生了不少滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因其分布廣泛，爆發(fā)頻率高，突發(fā)性強，持續(xù)危害性大等特點，嚴重制約著該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，給人類的生命和財產(chǎn)造成極大損害，揭示該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)律及破壞模式有其迫切的現(xiàn)實性和必要性。

國內(nèi)外學者對斜坡結(jié)構(gòu)類型和地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律方面及斜坡變形破壞模式做了大量研究：例如馮文凱[1]初步分析了斜坡震裂變形的基本形成機理，系統(tǒng)總結(jié)了斜坡震裂變形的發(fā)育特點和分布規(guī)律；殷躍平[2]系統(tǒng)研究了三峽庫區(qū)邊坡結(jié)構(gòu)類型，劃分為順層邊坡、平緩軟硬巖層互層邊坡、滑崩堆積體邊坡、溶塌角礫巖邊坡、層狀碎裂巖體邊坡等，并對典型邊坡開挖前后變形破壞過程進行了研究；楊淑賢[3]對湖北及鄰區(qū)的斜坡類型及變形、破壞機理進行了深入研究，提出了不同地貌條件下的斜坡類型及其變形破壞機理；祁生文[4]對汶川地震極重災(zāi)區(qū)地質(zhì)背景及次生斜坡災(zāi)害空間發(fā)育規(guī)律，地震次生斜坡災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律表明，地震斜坡災(zāi)害的發(fā)生沿活動構(gòu)造呈帶狀展布，主要受構(gòu)造影響，同時也受場地條件如巖性、地形地貌等因素的控制，柴波[5]等以巴東城區(qū)為例，分析了巖體結(jié)構(gòu)控制下的斜坡變形特征；陳劍[6]對三峽庫區(qū)滑坡的時空分布特征與成因進行了探討，認為區(qū)滑坡的發(fā)育演化明顯受到新構(gòu)造運動和氣候變化耦合作用的控制；陳喜昌[7]對河谷岸坡類型的劃分原則與方法進行了研究；張卓元[8]等對四川西部水電建設(shè)中的主要工程地質(zhì)問題進行了研究并提出了典型岸坡的破壞模式；英國Benfield Greig災(zāi)害研究中心的Kilburn[9]等人對當前滑坡、崩塌與泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的研究方法進行了系統(tǒng)的分析總結(jié)；Pradhan B[10]等人利用馬來群島的Cameron丘陵地帶遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合Logistic回歸模型，運用GIS系統(tǒng)圖層疊加處理對研究區(qū)的崩塌災(zāi)害做了定性分析；從工程地質(zhì)的角度，分析控制或影響地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的各類因素對系統(tǒng)穩(wěn)定性的貢獻，將其按照一定的數(shù)學方法組合、疊加；判斷地質(zhì)體危險性，實現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害危險程度分區(qū)[11-13]。

本文在收集普格縣地質(zhì)災(zāi)害資料、開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及對重點城鎮(zhèn)斜坡和河谷岸坡1∶10 000地質(zhì)災(zāi)害詳細調(diào)查的基礎(chǔ)上，對普格縣重點區(qū)進行了巖組劃分及斜坡類型分類。

1重點區(qū)斜坡工程地質(zhì)巖組劃分

通過野外調(diào)查，結(jié)合重點調(diào)查區(qū)的地質(zhì)情況，在工程地質(zhì)巖組類型的劃分中首先將巖土體劃分為巖質(zhì)和土質(zhì)2大類，然后再進行二級劃分。對于巖質(zhì)，按其建造類型或地質(zhì)成因，又分為巖漿巖建造、變質(zhì)巖建造、碎屑巖建造和碳酸鹽建造4種類型，根據(jù)對普格縣重點區(qū)的斜坡調(diào)查，可將重點區(qū)巖組劃分為巖漿巖建造、碎屑巖建造和碳酸鹽巖建造類型，對于碎屑巖建造和碳酸鹽建造按照巖性組合特征、巖石原生結(jié)構(gòu)特征和物理力學性質(zhì)又進行了三級劃分，劃分出(4)個類。而對于第四系松散堆積層，則是按其成因劃分成5類，即殘坡積土、滑坡堆積、人工堆積、崩坡積土和沖洪積土(表1)。

表1　普格縣重點調(diào)查區(qū)斜坡巖組劃分

通過野外對斜坡的詳細調(diào)查總結(jié)得出：斜坡巖性建造類型主要以第四系堆積物、碎屑巖建造為主；其次為巖漿巖建造、碳酸巖建造(圖1)。

圖1　各巖組所占比例

按斜坡下伏基巖情況，對不同巖組地層發(fā)育的面積進一步統(tǒng)計分析：碎屑巖建造發(fā)育936.13萬m2，占巖漿巖建造發(fā)育247.86萬m2；碳酸巖建造發(fā)育191.72萬m2。

按照發(fā)育的斜坡數(shù)量統(tǒng)計分析；碎屑巖建造發(fā)育50個；巖漿巖建造發(fā)育6；碳酸巖建造發(fā)育7個。

統(tǒng)計表明，不管從面積還是從個數(shù)碎屑巖建造都是該區(qū)域主要建造類型；定量評價了該區(qū)域上地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育類型，以滑坡與泥石流為主，崩塌基本不發(fā)育。

2斜坡結(jié)構(gòu)類型劃分

斜坡結(jié)構(gòu)類型的劃分對于分析斜坡變形破壞特征、形成機制、穩(wěn)定性都具有十分重要的意義。但影響斜坡穩(wěn)定性和演化機制的因素是多種多樣的，常因斜坡所處的環(huán)境不同而變化，但在眾多因素中必有主要的和起控制作用的因素。通過調(diào)查分析，并借鑒前人工作經(jīng)驗，認為對斜坡類型劃分可采用如下方法：首先根據(jù)巖土體結(jié)構(gòu)將斜坡劃分為巖質(zhì)斜坡和土質(zhì)斜坡兩大類；然后對于巖質(zhì)斜坡根據(jù)斜坡巖體主要層狀結(jié)構(gòu)面傾向、傾角與斜坡傾向、傾角之間的關(guān)系，不同巖性組合的巖體力學強差異等方面進行亞類劃分(圖2)。對于土質(zhì)斜坡亞結(jié)構(gòu)類型的劃分主要根據(jù)組成土質(zhì)斜坡的物質(zhì)成份、成因及結(jié)構(gòu)特征將工作區(qū)劃分為三類：沖洪積土質(zhì)斜坡；崩坡積土質(zhì)斜坡；殘坡積土質(zhì)斜坡。

圖2斜坡結(jié)構(gòu)型劃分圖(據(jù)劉漢超等有修改)

通過野外詳細調(diào)查收集資料，結(jié)合高分辨率Worldview2衛(wèi)星影像，做出普格縣重點區(qū)斜坡結(jié)構(gòu)類型DEM分布圖(圖3)，共標識斜坡63個，其中土質(zhì)斜坡33個，巖質(zhì)斜坡28個(圖4)，巖土復合斜坡2個。從圖3中看出斜坡主要分布在則木河、西洛河及黑水河及省道212公路兩則，其分布結(jié)構(gòu)類型，從中看出橫向斜坡主要分布在圖幅的下方，黑水河兩側(cè)，沿穿過縣城S212省道兩頭零星分布，逆向?qū)訝钚逼轮饕植荚趧t木河左岸，西洛河右岸一段及西洛河與則木河交匯處，對其又進行了分類，分為中傾內(nèi)逆向?qū)訝钚逼?、緩傾內(nèi)逆向?qū)訝钚逼?。斜向?qū)訝畎镀轮饕阈欠植荚诠ぷ鲄^(qū)域內(nèi)，無規(guī)律性，又將其分為斜向傾內(nèi)層狀斜坡，斜向傾外層狀斜坡。順向岸坡主要分布在則木河右岸，西洛河左岸零星分布，又將其分為緩傾外順向?qū)訝钚逼?、中傾外順向?qū)訝钚逼隆?/p>

圖4不同斜坡結(jié)構(gòu)類型下斜坡數(shù)量統(tǒng)計表

3普格縣重點區(qū)地質(zhì)災(zāi)害分布規(guī)律

通過野外詳細調(diào)查收集資料，結(jié)合高分辨率Worldview2衛(wèi)星影像，將研究區(qū)內(nèi)經(jīng)過實地調(diào)查的39個災(zāi)害點的位置、形狀、邊界、面積等進行了標識，使用ArcGIS軟件[14-15]生成了1∶10 000大比例尺的研究區(qū)災(zāi)害類型分布圖(圖5)。從圖5中可以看出：重點區(qū)域發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害主要以滑坡、泥石流為主，不穩(wěn)定斜坡，崩塌發(fā)育較少，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生主要分布在花山鄉(xiāng)的友誼村、紅星村、聯(lián)合村，普基鄉(xiāng)的順河村、正街村、新農(nóng)村，向陽鄉(xiāng)的康復村、森科洛村、流租腳村，永安鄉(xiāng)洛烏村、三壩村等，主要分布在花山鄉(xiāng)、普基鄉(xiāng)一帶；從小區(qū)域構(gòu)造特征上看主要沿則木河斷裂、黑水河斷裂及西洛河斷裂展布；從地貌特征上看主要沿河流發(fā)育，分布在河流兩側(cè)，其中滑坡發(fā)育33處，泥石流發(fā)育5處，不穩(wěn)定斜坡發(fā)育1處。

圖5研究區(qū)1∶10 000地質(zhì)災(zāi)害分布

4重點區(qū)斜坡易失穩(wěn)巖組建造類型及破壞模式

4.1　重點區(qū)域斜坡易失穩(wěn)巖組建造類型與結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)斜坡地質(zhì)災(zāi)害分布圖與巖組類型、斜坡結(jié)構(gòu)疊加分析，斜坡災(zāi)害多發(fā)生在建造類型為第四系堆積物和碎屑巖建造；土質(zhì)類型斜坡是斜坡易發(fā)結(jié)構(gòu)，由于該地區(qū)巖質(zhì)斜坡發(fā)生災(zāi)害數(shù)量較少，巖質(zhì)斜坡結(jié)構(gòu)規(guī)律不明顯。

4.2　易滑地層破壞模式探討

重點區(qū)域多數(shù)滑坡發(fā)生在軟硬相間的層狀斜坡和土質(zhì)斜坡中，原因主要是碎屑巖層狀斜坡由于構(gòu)造的影響，抗風化、抗侵蝕能力差，其穩(wěn)定性較差，加上軟弱巖層(白果灣組泥巖夾層)或裂隙為滑坡提供滑動面。層狀結(jié)構(gòu)發(fā)育地段，地下水溶蝕風化后形成的軟弱面(圖6(a))，演化過程依次為，最軟弱結(jié)構(gòu)面滑移與嵌合點開始破壞，階梯狀裂面自下而上發(fā)展直至貫通，相互嵌合的突出部分累計性破壞，或由自下而上，直至貫通(圖7)。破壞模式多呈滑移-壓裂或滑移-拉裂，如圖6(b)所示。第四系堆積物或碎石土層，由于河流深切，坡腳沖刷，坡度較陡，坡頂加載等，外營力作用下，導致斜坡失穩(wěn)。由于第四系堆積物為均質(zhì)體，無起主導作用的軟弱結(jié)構(gòu)面，滑帶呈圓弧形破壞模式多數(shù)為牽引-推移，如姚家山滑坡(圖8)。

圖6

圖7　碎屑巖順向?qū)訝钚逼禄?壓裂變形過程

圖8土質(zhì)斜坡變形過程

4.3　典型滑坡破壞模式剖析

地質(zhì)體的穩(wěn)定性，其實就是一個力的平衡問題，受巖土結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分及環(huán)境因素控制，滑坡環(huán)境因素包括內(nèi)在條件因素和外在因素，內(nèi)在因素主要是動力作用破壞巖體的完整性，改變其結(jié)構(gòu)和力學性能，外在因素表現(xiàn)為對滑坡巖體的加載、降雨，通常情況下是降低滑坡體的穩(wěn)定性能。一旦環(huán)境因素的變化打破了坡體物質(zhì)、結(jié)構(gòu)條件共同形成力的平衡，則誘發(fā)滑坡產(chǎn)生或復活，以姚家山滑坡為例，對變形破壞經(jīng)歷了四個時期進行剖析：

醞釀期：滑坡位于則木河斷裂破碎帶內(nèi)，該斷裂為活動斷裂，4.7級以上地震頻繁發(fā)生，復活的斷層運動使斜坡應(yīng)力場不斷改變，坡體出現(xiàn)量值和方向不斷調(diào)整變化的反復拉剪作用，遭受強烈的構(gòu)造作用和風化作用，基巖必然存在著軟的結(jié)構(gòu)面，坡體形成多處拉裂縫，后期拉裂縫繼續(xù)擴展深化；巖體結(jié)構(gòu)面強度衰減，長期風化后形成坡面堆積較厚的碎石土，殘余強度仍可以使斜坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，未發(fā)生滑動。

發(fā)展期：處于穩(wěn)定的斜坡在暴雨作用下，坡體穩(wěn)定性進一步惡化。一方面，人工對坡面耕地灌溉和暴雨的聯(lián)合作用下，入滲至坡體內(nèi)，增加坡體自重，在長期雨水浸泡影響下，使土體軟化，強度降低；另一方面雨水沿裂縫下滲，空隙由于排水不暢，可能臨時充水達到一定高度，沿空隙及滑動面產(chǎn)生空隙水壓力，使斜坡底部產(chǎn)生潛在滑移面，斜坡整體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，但未發(fā)生明顯的滑動。

形成期：在斜坡前緣河流沖刷，前緣坡變陡，坡體原有的平衡被打破，啟動了斜坡體上軟弱層，誘發(fā)了滑坡，其破壞模式為牽引-推移。

老年期：滑坡不斷蠕滑變形，滑坡形態(tài)特征逐漸難以識別，斜坡坡度逐漸變緩并穩(wěn)定下來。

通過對該類型滑坡形成機制分析，對該類型滑坡提出以下幾點防治建議：(1) 斜坡表層旱地退耕還林；(2) 斜坡局部雨季表層土受雨水匯集后沖刷作用強烈，建議修建截排水溝；(3) 對坡腳岸坡進行護坡處理，減少河流強烈的沖刷作用；(4) 采用抗滑樁對滑坡體進行支擋治理。

5結(jié)論

本文系統(tǒng)研究了普格縣重點區(qū)域工程地質(zhì)巖組類型劃分；確認重點區(qū)域斜坡結(jié)構(gòu)類型主要分為土質(zhì)斜坡、巖質(zhì)斜坡和巖土復合斜坡，地質(zhì)災(zāi)害從區(qū)域構(gòu)造特征上主要沿則木河斷裂、黑水河斷裂及西洛河斷裂展布，從地貌特征主要沿河流發(fā)育，分布在河流兩側(cè)。

根據(jù)斜坡地質(zhì)災(zāi)害分布圖與巖組類型、斜坡結(jié)構(gòu)疊加分析，斜坡災(zāi)害多發(fā)生在建造類型為第四系堆積物和碎屑巖建造；土質(zhì)類型斜坡是斜坡易發(fā)結(jié)構(gòu)，由于該地區(qū)巖質(zhì)斜坡發(fā)生災(zāi)害數(shù)量較少，巖質(zhì)斜坡結(jié)構(gòu)規(guī)律不明顯。

通過對本區(qū)域易發(fā)巖組及結(jié)構(gòu)類型的破壞模式進行探討，軟硬相間碎屑巖建造類的層狀斜坡破壞主要沿風化后形成的軟弱面或裂隙發(fā)育面滑動，破壞模式以滑移-壓裂或滑移-拉裂為主；土質(zhì)類型斜坡主要沿基覆界面或松散堆積物中最軟弱面滑下，破壞模式多為牽引-推移，滑帶多呈圓弧形。

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DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2015.04.008

收稿日期：2015-04-19修稿日期：2015-05-14

基金項目：國家自然科學基金(41172278)；四川省教育廳重點項目(12ZA010)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項目-西南山區(qū)重點城鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查聯(lián)合資助(12120113010300)

作者簡介：李浩賓(1988—)，男，河北邢臺人，碩士研究生，研究方向為工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)。E-mail: 294445035@qq.com

中圖分類號：P642.22

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1144(2015)04—0040—05

Disscussion on the Classification of Slope Structure Types and Different Failure Modes in the Key Towns of Puge County

LI Haobin1, FENG Wenkai1, GE Hua2, XU Wei2, WU Gang1

(1.StateKeyLaboratoryofGeohazardPreventionandGeoenvironmentProtection,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China;2.ChengduCenterofChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China)

Abstract：Based on the detailed classification of rock groups and high-resolution satellite footage of Worldview2, the 1∶10000 large-scale slope map and hazard distribution chart were generated by adopting ArcGIS. According to the overlaying analysis, the failure modes of typical landslide were discussed in detail. The results indicate that: fragmental rocks and Quaternary deposits cause geological disasters easily, and the main failure mode is slip-fracturing or slip-crack; on terms of the slope structures, the soil slopes are prone to geological disasters, they mainly slide down along the weakest plane of the base interface or loose deposits, and the failure mode is usually traction passage, the main slip surface is circular arc, and the rock slopes do not follow any obvious law; through detailed analysis of Yaojiashan landslide, it is drawn that the failure mode is traction lapse, and some prevention recommendations are put forward regarding to this kind of landslides.

Keywords:key towns in mountainous area; ArcGIS; slope; structure type; failure mode