青干河软硬相间顺向岸坡演化过程研究

孟立朋 彭轩明 吴吉民 黄波林 陈立德

(1.宜昌地质矿产研究所,湖北 宜昌 443003;2.中国地质科学院,北京 100037;3.青岛海洋地质研究所,青岛 266071)

青干河发育于湖北省秭归县境内,属于长江右岸支流.受区域构造(百福坪背斜及秭归向斜)影响,青干河左岸及其支流锣鼓洞河左岸部分碎屑岩区主要表现为顺向、斜顺向结构岸坡,地质灾害较为发育,灾害类型多为滑坡.岸坡演化方式主要以滑坡形式进行,岸坡演化过程主要由岸坡结构及软硬相间岩组特征决定.即使具有相同岸坡结构及岩性组合特征等地质条件的不同岸段,其稳定状况、变形特征、岸坡组成等也存在明显差异.

因此,通过调查分析青干河岸坡稳定现状、变形特征、岸坡组成差异,对该区域顺向、斜顺向结构岸坡演化阶段及演化规律进行研究,并进行岸坡演化阶段分区,对该区域地质灾害防治具有指导意义.

1 研究区地质环境条件

1.1 地貌特征

区域上,青干河位于大巴山、巫山和荆山山脉交接部位,为我国三大地貌阶梯中的二级阶梯,属典型的中山峡谷地貌.青干河总体呈东西流向于秭归县沙镇溪镇附近汇入长江,全程54 km,天然总落差873 m,平均坡降10.9%,流域面积782 km2.研究区主要分布于青干河沙镇溪～周家垭岸段及其支流锣鼓洞河河口～两河口岸段,地貌类型主要为三叠系及侏罗系碎屑岩组成的侵蚀构造类型,岸坡分布高程为300～ 1000m,坡度一般为 20°～ 40°,河谷整体呈“V”字型.

1.2 地层岩性及岩性组合

研究岸段基岩岩性主要为三叠系上统沙镇溪组(T3s)、侏罗系下统香溪组(J1x)及侏罗系中下统聂家山组(J1-2n)碎屑岩地层(见图1).岩性组合均具软硬相间特征,具体特征见表1.

图1 研究区地形地质图

表1 研究岸段岩性及岩性组合特征

1.3 地质构造

研究区主要发育构造为百福坪背斜及秭归向斜,其中青干河沙镇溪至周家垭岸段主要分布于百福坪背斜南翼,锣鼓洞河河口至两河口岸段主要分布于秭归向斜北西翼(见图2).

图2 研究区构造纲要简图

1.4 水文地质条件

研究区两岸小型纵向沟谷较多,呈网状分布,地表水系发育.根据地下水的赋存条件和含水介质特征,区内地下水主要可分为第四系松散堆积物孔隙水、碎屑岩类基岩裂隙水两种类型.

2 岸坡现状特征研究

通过对研究区内不同岸段的稳定状况及变形破坏特征、变形体性质、规模等的调查分析,将研究区内岸坡划分为如下3种类型:第一类岸坡:斜坡体覆盖有少量第四系堆积体,无变形或偶有小规模第四系堆积体变形,无基岩变形迹象.第二类岸坡:坡体上发育大量滑坡以大型至特大型滑坡为主,滑坡体为岩质或碎块石土,常有变形迹象发生,甚至是大规模的失稳滑动,具有规模大,危害大等特征.第三类岸坡:坡体上发育大量滑坡以小型至中型滑坡为主,滑坡体为碎块石土或土质,老滑坡体常有变形迹象发生甚至是失稳滑动,相对第二类岸坡规模小,危害小.

根据以上所述岸坡特征,研究区内岸坡可划分为8个岸段,划分结果如图3所示,其A、D、E段具有第三类岸坡特征,其发育灾害特征如表2、5、6所示,B、F、H段具有第二类岸坡特征,其发育灾害特征如表3、4、7所示,C、G段具有第一类岸坡特征,目前处于稳定状态,坡体上第四系堆积体规模较小,基岩无变形迹象.

图3 研究区岸坡现状分区图

表2 A岸段岸坡灾害特征

表3 B段岸坡灾害特征

表4 D段岸坡灾害特征

表5 E段岸坡灾害特征

表6 F段岸坡灾害特征

续表6 F段岸坡灾害特征

表7 H段岸坡灾害特征

3 研究区岸坡演化阶段性及周期性研究

岸坡演化经历了漫长的地质时代,研究区内顺向、斜顺向岸坡结构及软硬相间的岩性组合决定了岸坡的演化主要以滑坡的形式来体现[1-4].而其碎屑岩岩类多具有良好的沉积韵律及岩性旋回,则必然导致岸坡演化过程也与之对应,使其具一定的阶段性和周期性.而此类岸良好的沉积韵律、岩性旋回及河流侵蚀作用则是其演化过程具有阶段性和周期性的内部条件及外部动力条件.

3.1 岸坡演化阶段性研究

由上述可知青干河软硬相间碎屑岩顺向、斜顺向岸坡现阶段的存在状态可分为如上述3种类型,而这3种岸坡存在状态亦为岸坡演化过程中某一阶段的特征体现.根据对研究区岸坡结构、岩性组合及特征、岸坡现阶段存在状态等因素的综合考虑,文章对研究区岸坡演化过程进行了总结,认为总共可分为4个阶段:稳定岩质斜坡阶段-不稳定岩质斜坡阶段-斜坡变形失稳阶段-老滑坡残体消亡阶段.其特征如下:

(1)稳定岩质斜坡阶段:稳定岩质斜坡阶段是由老滑坡残体消亡阶段过渡而来,该阶段岸坡处于稳定状态,坡体上残存少量第四系坡积体,无变形或偶尔第四系坡积体有变形.如研究区所对应的C和G段,随着河流侵蚀下切至或接近下一软弱层面时,在软弱层面不断风化、抗滑力逐渐减小的情况下,其稳定状况逐渐由稳定向不稳定过渡,其演化阶段亦由稳定岩质斜坡阶段逐渐向不稳定岩质斜坡阶段过渡.

(2)不稳定岩质斜坡阶段:该阶段岸坡处于较稳定-稳定性较差状态,斜坡体覆盖有少量第四系堆积体,规模小,属浅表层堆积.偶尔有变形迹象,规模较小且以第四系堆积体变形为主,基岩有过变形迹象.河流切割至软弱层面附近为岸坡失稳变形提供了临空条件的情况下,软弱层面的抗滑力逐渐减小使得岸坡逐渐由不稳定岩质斜坡阶段向斜坡变形失稳阶段过渡.

不稳定岩质斜坡阶段对应的岸坡即为不稳定斜坡,受调查手段及方法等的限制,研究区内未发现此类岸坡,但是不排除部分岸段已经处于不稳定斜坡阶段,千将坪滑坡在2003年7月发生滑动之前的状态可认为其处于不稳定斜坡状态[5-6],只是其在由不稳定斜坡阶段向斜坡变形失稳阶段的过渡当中是以突变或者说是以较为激烈的形式发生转变的,这主要与其所处的地质环境有关.

(3)斜坡变形失稳阶段:该阶段是指原始岩质岸坡大范围变形破坏,及之后的反复变形失稳的过程.其主要特征是发育有大型-特大型岩质滑坡或碎块石土质滑坡,随着滑坡体的反复变形滑移,其规模逐渐变小,岩体逐渐破碎,并逐渐向岸坡演化的下一阶段即老滑坡残体消亡阶段过渡,该阶段的岸坡一般都处于稳定性较差状态,且一但失稳其破坏性一般较大.研究区内处于该阶段的岸坡为B、F、H段.

(4)老滑坡残体消亡阶段:该阶段岸坡是由斜坡变形失稳阶段过渡而来,主要表现为存在大量小型-中型土质滑坡,其稳定性处于基本稳定-稳定性较差状态,其失稳变形相对上一阶段都较为缓和,破坏性也较上一阶段要小.随着该阶段的滑坡残体即小型-中型滑坡体的变形失稳,其规模进一步减小,其稳定状态亦由稳定性较差逐渐过渡为基本稳定状态.之后岸坡演化过程过渡为稳定岩质斜坡阶段.研究区内处于该阶段的岸坡为A、D、E段.

岸坡演化阶段及各阶段转化过程如图4所示.

图4 岸坡演化阶段及转化过程示意图

3.2 岸坡演化周期规律研究

在演化过程中当河流尚未下切至软弱夹层时,其岸坡处于稳定岩质岸坡阶段或者不稳定岩质斜坡阶段.当河流下切至软弱夹层附近导致软弱夹层临空时,在降雨、库水位变化等诱发因素作用下往往发生岩质滑坡,并在区内形成广泛分布的滑坡堆积体.此时岸坡处于岸坡演化的第三阶段即斜坡变形失稳阶段.随着滑坡堆积体的不断变形滑移,其规模逐渐变小,岩体逐渐破碎,逐步过渡到老滑坡残体消亡阶段.随着老滑坡残余堆积体的变形滑移,规模进一步减小.其稳定状态亦逐步由稳定性较差向稳定状态过渡,之后进入稳定岩质斜坡阶段.研究区岸坡演化过程即为上述4种状态之间的相互转换过程.由岸坡进入稳定阶段开始至老滑坡残体消亡阶段结束的整个过程可以称之为岸坡演化的一个周期,岸坡这种周而复始的演化过程称之为岸坡演化的周期性如图5所示.

图5 岸坡演化周期性示意图[2]

此外岸坡在演化过程当中,由一个演化周期进入下一个演化周期时并不一定严格按照上述的4个阶段演化,有些演化阶段表现得可能不是很明显如千将坪滑坡,其岸坡演化的不稳定斜坡阶段就体现得不够明显,也有可能会有某一演化阶段的缺失,如当岸坡处于老滑坡残体消亡阶段时,河流切割至下一软弱层面并发生大规模的岩质岸坡失稳破坏,这一过程就越过了稳定岩质斜坡阶段及不稳定岩质斜坡阶段.不同岸段的具体演化过程主要由岸坡所处的地质环境及河流侵蚀速度等因素决定.

3.3 研究区岸坡所处演化阶段划分及防治建议

据上述对研究区内岸坡现状特征研究及岸坡演化阶段性研究,文章认为具有第一类岸坡特征的C段和G段,处于岸坡演化的第一阶段-稳定岩质斜坡阶段,该阶段是岸坡的稳定期,一般无地质灾害,且在天然状态下相当一段时间内也不会发生具有较大规模及危害的岸坡失稳事件.具有第二类岸坡特征的B、F、H段,处于岸坡演化的第三阶段-斜坡变形失稳阶段,该阶段是岸坡失稳变形的活跃期,发育地质灾害具有规模大,频率高等特征,处于该演化阶段的岸坡治理难度较大,但是其地质灾害较易识别,应以监测预防为主,建立完善的监测系统,对其变形发展动态进行监测,并实现中期和临滑预报,尽可能减轻灾害损失.具有第三类岸坡特征的A、D和E段,处于岸坡演化的第四阶段-老滑坡残体消亡阶段,该阶段岸坡以土质滑坡变形失稳为主,规模及频率相对第三阶段要小,且其后期为稳定岩质岸坡阶段,可采用防治结合的手段.受调查手段及方法等的限制,研究区内未能划分出处于不稳定岩质斜坡阶段的岸坡,但是不排除部分岸段已经进入该演化阶段,该阶段的岸坡虽然处于稳定、基本稳定状态,但是也是大规模岩质岸坡失稳变形的孕育期,因此加强对该阶段岸坡的识别,稳定性评价,监测预报对地质灾害的防治具有重要意义.

4 结 论

(1)根据岸坡现状特征,研究区内岸坡可划分为8个岸段、3类岸坡,其中:C、G 段属第一类岸坡;B、F、H段属第二类岸坡;A、D、E段属第三类岸坡.

(2)研究区内顺向、斜顺向软硬相间岸坡演化过程划分为4个阶段:稳定岩质斜坡阶段-不稳定岩质斜坡阶段-斜坡失稳变形阶段-老滑坡残体消亡阶段,在河流侵蚀切割影响下,上述4个阶段周期性进行.

(3)研究区内不同岸段所处的演化阶段具体划分为:C段和G段处于稳定岩质斜坡演化阶段,B、F和H段处于斜坡变形失稳阶段,A、D和E段处于老滑坡残体消亡阶段.

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