皖南山区滑坡分类及形成机制研究

潘国林,洪天求,林桂香

(1.合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥　230009;2.安徽省公益性地质调查管理中心,安徽 合肥　230009;3.安徽省地质环境监测总站,安徽 合肥　230001)



皖南山区滑坡分类及形成机制研究

潘国林1,2,洪天求1,林桂香3

(1.合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥230009;2.安徽省公益性地质调查管理中心,安徽 合肥230009;3.安徽省地质环境监测总站,安徽 合肥230001)

摘要:皖南山区是安徽省滑坡地质灾害最为发育地区,且滑坡类型多样、成灾机制复杂。为建立一个适宜于该区的滑坡综合分类体系,文章按照滑坡体的物质组成、结构特征和成因机制3个层次进行了分析。首先根据滑坡体的物质组成将其划分为岩体、土体和古滑坡3个大类,再按坡体结构特征和成因机制进一步细分为6个小类,并分别对这些类型的滑坡特征和形成机制进行了研究,以期为该区的滑坡灾害防治提供参考和借鉴。

关键词:滑坡;安徽省;形成机制;分类

0引言

滑坡是特定地质环境条件下的产物,在自然界中具有独自的形式和特征,基于这些特征对滑坡进行的分类则有助于对滑坡灾害的认识和防治。目前,国际上关于滑坡运动的分类尚未形成统一认识,不同学者根据其研究目的的不同,提出过各种各样的分类方案,但均未获得公认[1]。我国铁道、国土和水利等部门根据边坡工程、灾害防治等工作的需要,在制定的各类相关规范中均从滑坡的物质组成、坡体结构、滑坡规模、滑坡与地质构造关系、滑坡运动速度等方面对滑坡进行了分类,在其研究领域发挥了重要作用[2-4]。

皖南山区是安徽省地质灾害最为严重的地区之一,滑坡灾害隐患点占全省灾害总数的60%以上。近年来,安徽省开展了大量的地质灾害防治工作,并取得了很多重要研究成果[5-9],但滑坡分类混乱问题较为突出,给地方国土部门的地质灾害防治工作带来困难。因此,有必要建立一个较为清晰明了的滑坡分类系统。

1研究区地质环境特征

皖南山区位于安徽省南部,处于东经116.5°～119.5°,北纬29.5°～31.2°之间,包括黄山市全部、宣城和池州市大部分地区,面积达2.35×104km2左右。该区总体上属于亚热带季风气候,年降雨量一般在1 400～1 600 mm,集中在5—8月,地形地貌多样,以山地为主,山地、丘陵、平原俱全。研究区地层属扬子地层区,地壳深部残存新太古代与古元古代地层作为变质基底,多为中元古代变质岩系。区内地质构造复杂,处于中国扬子板块(或陆块)下扬子台块南缘与江南陆缘隆起带的过渡部位之东段[5]。区内断裂以NE向和近EW向为主,对地貌及地质条件控制作用明显。

研究区地质环境脆弱,每年均产生一定数量的滑坡,如图1所示。

这些滑坡灾害点由于受地层岩性、地形地貌、地质构造等内在因素控制和人类工程活动、强降雨等外在条件影响,在空间上具有成带分布、集中出现和不均匀性等特点,在时间上主要集中于汛期强降雨时期。滑坡主要特征有:滑坡以小型为主,大型滑坡较少,小型滑坡占滑坡总数的94%左右;在海拔大于400 m、小于800 m区域,滑坡受九华山山脉、黄山山脉、白际山山脉影响,滑坡沿断裂带密集区域呈条带状分布;在海拔小于200 m河谷冲积平原、丘陵等地区滑坡分布密度小、规模多样,局部发生中型滑坡。

图1　皖南山区滑坡分布图

2研究区滑坡基本分类

对研究区的滑坡进行分类,有助于认识滑坡、发现滑坡发生发展规律,滑坡分类因所依据的分类目的和原则的不同,分类方案各式各样。因此,进行分类前需有明确的分类目的和原则,以便分类结果能为研究工作服务。

本文的分类目的在于:能根据分类方案对野外滑坡的特征进行快速地辨认区分,进而掌握此类滑坡的主要特征;能根据分类方案的内容了解滑坡的形成过程及破坏机理,进而可以对滑坡的稳定性进行初步评价;能根据分类方案的内容指导开展滑坡监测及预警工作。

为达到滑坡分类的目的,突出分类方案的科学性和实用性,在分类的过程中设定以下几点原则:

(1)针对性。考虑岩土体结构特征、物理力学性质,为滑坡岩体变形失稳、形成机制服务。

(2)实践性。建立在实践的基础上,对调查过程中遇到的典型滑坡按分类标准进行分类,再按类对该区滑坡进行归纳概括。

(3)代表性。每一种类型都应有唯一的判定条件。

(4)准确性,从滑坡定义出发,反映滑坡形成的本质。

(5)全面性。研究区所有滑坡均应有相对应的类型。

(6)可行性。分类方法简单易行,在滑坡现场可快速做出判断。

根据上述分类目的,分别按3个层次构建研究区滑坡综合分类体系。

(1)第1层次。按滑坡体物质组成进行分类。研究区坡体物质组成主要有岩质滑坡、土质滑坡和古滑坡复活型滑坡3个大类。这里将古滑坡作为一类是考虑到古滑坡较为特殊,往往初次滑坡为岩质滑坡,后期又为松散堆积体(土质)的局部复活。

研究区内岩质滑坡的岩性主要为千枚岩岩组,砂岩岩组,白云岩、灰岩岩组和岩浆岩岩组；土质滑坡主要为碎石土滑坡。

(2)第2层次。按坡体结构进行分类,可分为层状、块状和碎裂状结构3类,根据岩体结构面与坡面之间的关系,又可进一步分为顺层滑坡和反倾滑坡。

(3)第3层次。按滑坡形成机制进行分类，可分为滑移-(压致)拉裂、滑移-弯曲、蠕滑-拉裂、滑移-拉裂和弯曲-拉裂等类。

具体分类形式见表1所列。

表1　皖南山区滑坡基本分类

3各类滑坡基本特征及形成机制

3.1岩质滑坡基本特征及形成机制

3.1.1滑移-(压致)拉裂式顺层岩质滑坡

该类滑坡所在斜坡的岩层特别是软弱结构面的走向与坡面的走向相接近、倾向相一致,滑床基岩倾角一般以缓倾角产出,主要发育于研究区内沉积岩和变质岩(砂板岩、砂质千枚岩、千枚质砂岩)出露的山区,是研究区最主要的岩质滑坡类型。该类型滑坡在地貌形态上的典型特征为:滑坡后缘一般为表面覆盖层较薄或基岩直接出露的岩质大光壁(滑坡壁);滑坡中部一般以平台的形式出现,在平台堆积体中偶尔夹有块径较大岩块,有些滑坡中部由于差异滑动作用可形成多级滑坡平台;滑坡的前缘堆积体方量一般较小、堆积坡高不大、坡度较平缓。

该类滑坡主要发生于层状边坡中,岩层层面一般平直光滑,岩体内部节理裂隙比较发育,岩土体物理力学性质较差。滑坡的形成演化主要受软弱面控制,坡脚处由于切坡建房和修路等外在的人类工程活动影响,致使岩体应力释放而产生卸荷回弹,向临空方向发生剪切蠕变,同时在坡体后缘形成一个拉伸应变区,造成岩体强度减小和累进性破坏,在拉伸应变和弹塑性屈服的作用下,自坡面向深部发育近于垂直的拉裂缝。如遇强降雨天气,在雨水的作用下,岩土体强度进一步降低,超静孔压使坡体内有效应力减小和坡体自重应力加大,促使节理裂隙进一步发育,当变形进入累进性破坏阶段时,变形体开始明显转动,一旦形成贯通面,则将发生滑坡。

滑移压致拉裂类滑坡的地貌形态和基本特征与滑移拉裂式顺层岩质滑坡基本一致,但滑坡的形成和演化存在差异。该类滑坡主要发育于坡度中等至陡的平缓层状体斜坡中,边坡开挖形成临空面后,在上覆岩体自重应力的作用下,坡体沿着平缓结构面向坡前临空方向产生缓慢的蠕变性滑移,滑移面的锁固点或错列点附近则形成应力集中,这些应力集中反过来进一步造成裂隙增加,生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙带,向上扩展并最终形成与最大主应力方向趋于一致的贯通滑移面,产生滑坡。

3.1.2弯曲-拉裂式反倾岩质滑坡

反倾岩质滑坡是指岩层走向与坡面走向接近一致,而倾向与坡面倾向相反的滑坡,此类滑坡的形成与斜坡体岩性软弱程度、单层岩体厚度等密切相关。该类滑坡主要发育于薄层状的板岩、片岩、板岩与薄层状的砂岩等岩性或岩性组合中,具有明显的滑坡地貌特征,但其后缘滑坡壁一般没有顺层滑坡明显。滑坡体中部一般以平台形式出现,规模不大,呈多级式发展。滑坡体前缘由于岩体锁固及大型岩块支挡作用,堆积体表现出高、陡的形态特征。滑坡一般方量差异较大,当折断贯通面发生在岩体深部时可形成巨型滑坡,而当折断贯通面发生在岩体浅表部时,滑坡方量则较小。天然条件下这类斜坡具有较好的稳定性,而在降雨和切坡建房、修路等人类工程影响下,坡体发生破坏变形和失稳现象。

该类滑坡主要发生在陡倾-直立的层状边坡中,反倾岩体受重力作用影响,向临空方向作悬臂梁弯曲,岩层中薄层状的板岩、片岩等具有“柔性”特点的岩层发生弯曲,同时伴有错动和拉裂现象,经过很长时间的孕育演化或坡脚人工开挖作用,拉裂面则向深部扩展和坡后推移,最终因岩体剧烈弯曲,根部折断、压碎,导致斜坡整体失稳。

3.1.3蠕滑拉裂式碎裂状岩质滑坡

碎裂状岩石滑坡是指组成滑体的岩体在断层附近、褶皱核部等,由于受构造作用而形成的严重破碎的构造破碎带,或在重力作用下,由于变形倾倒和蠕滑拉裂而形成的破碎岩体。该类滑坡体坡面节理裂隙密集,裂隙面间距普遍小于20 cm,岩体呈碎裂状,甚至散体状,主要发育于页岩岩组地层中。滑坡方量一般较小,主要由人为不合理切坡建房诱发浅表层碎裂岩体溜滑。该类滑坡主要以小规模的垮塌、浅表层溜滑为主,在地形地貌上并未表现出滑坡的典型地形地貌特征。由于岩体内部裂隙极为发育,岩体呈碎裂-散体状,在天然工况条件下,稳定性一般,有发生垮塌、浅表层溜滑的可能。在极端天气和人类工程活动(切坡建房、修路等)作用诱发下,坡体稳定性差,发生垮塌、浅表层溜滑的可能性极大。

该类滑坡主要发育于坡体浅表层的碎裂岩体中,由于人工开挖改变了坡体原来的应力条件,后期由于人工切坡和降雨入渗等作用,岩体的强度降低,从而产生滑坡。滑坡的形成演化一般经历了3个阶段,第1阶段由于坡体前缘坡脚开挖,坡面的径向应力和坡顶面的切向应力可转为拉应力,形成张力带,因而在这些部位的岩体被拉裂形成与坡面近于平行的拉裂面。第2阶段由于受强降雨天气影响,雨水通过裂缝下渗,促使拉裂缝继续向坡体内部发育,同时减弱了坡体表部的碎裂岩体抗剪强度,使得整个斜坡产生了蠕动变形。第3阶段变形发展过程中,受最大剪应力面分布状况的控制,破坏面沿张拉裂缝发展为潜在剪切滑移面,蠕变进一步加剧,前缘部分岩体出现松动、垮塌,滑移面逐渐贯通,最终形成滑坡。

3.1.4滑移拉裂式块状岩质滑坡

该类滑坡主要发育于如灰岩、硅质岩、花岗岩等硬质岩地层中,与岩体内部结构面的发育密切相关,滑坡规模一般较小,但软弱结构面发育时,也可产生大规模的块体失稳型滑坡。在地形地貌上,该类滑坡不具有典型的滑坡地貌特征。由于结构面的切割作用,该类滑坡主要表现出类缓倾、顺层岩质滑坡的特性。在天然工况条件下,坡体稳定性较好,但受人类工程活动影响和降雨等外在因素触发下,坡体的稳定状态将会恶化,易于发生类似层状岩体的岩质滑坡。

3.2土质滑坡基本特征及形成机制

该类滑坡最主要的类型为蠕滑-拉裂式堆积体滑坡,堆积体物质组成主要为残坡积土、古崩塌或古滑坡堆积以及硬岩全风化物等成因形成的碎石土。这类堆积体由于碎石和黏粒等的含量变化、母岩成分不同,含水量、饱和度等状态不同,材料物理、力学特性差异较大、岩土体工程地质特征复杂。当含碎石量较大时,没有比较典型的滑坡地貌特征,仅表现出局部的滑塌变形、不均匀沉降变形的地貌特征;当堆积体以细颗粒为主,碎石含量较少时,具有典型的滑坡“圈椅状”地貌特征,后缘拉裂缝发育,滑坡壁明显,前缘鼓胀隆起,鼓胀裂隙发育。

这类滑坡主要破坏模式为蠕滑拉裂式,受最大剪应力控制,堆积层沿基岩层面顺层滑动,基岩面为滑坡提供滑动面,滑面呈近圆弧形,基岩倾角一般比堆积体坡度大,降雨和人类工程活动是其主要诱发因素。

3.3古滑坡体复活滑坡基本特征及形成机制

此类滑坡一般在前缘形成较厚层的堆积体,坡度一般较缓,是人类生产和生活的主要场地,正常情况下较为稳定,坡体上的人类工程活动和坡脚开挖是诱发古滑坡体复活的最主要因素。通过分析古滑坡的地形地貌和区域地质构造历史,推断此类古滑坡的形成应与第四纪晚期的末次冰期相关。古滑坡体在地形地貌上保持了原始滑坡的基本形态,平面上主要表现为圈椅状地形,纵向上一般呈阶梯状。滑坡后壁呈弧形,产状一般较陡,局部近乎直立,坡体中部一般形成1～2级平台,平台下方为前缘堆积体,且多发育于河流凸岸的一侧。滑坡体主要由块碎石堆积组成,后缘堆积一般较薄,物质颗粒较细,前缘堆积较厚,物质组成成分较为复杂,大的块石、滚石往往分布其中。

古滑坡体根据其岩层产状,滑坡初始变形破坏机制主要有滑移-拉裂式、滑移-弯曲式和弯曲-拉裂式等几种。一般情况下,滑移-拉裂式古滑坡极少有滑坡复活发生,或发生的规模较小；滑移-弯曲和弯曲-拉裂形式破坏的古滑坡,一般规模较大,形成的堆积体较厚,在一定的条件下,易于发生古滑坡体复活。研究区复活的古滑坡主要为滑移-弯曲式,如鸟雀坪滑坡即为此类滑坡的典型代表。该类滑坡主要发育于中-陡顺向薄层状岩体及碳酸盐类层状岩体中,滑体在下滑的过程中受阻,造成坡脚附近岩体在一定条件下发生弯曲变形,由于河流侵蚀下切作用,斜坡在自重应力的作用下产生滑移,最终产生失稳破坏。

4结论

皖南山区地形条件复杂、地质构造强烈、存在易滑岩组、降雨集中且雨量大,导致区内滑坡地质灾害多发,规模以中小型为主。依据滑坡物质组成、坡体结构和失稳机制将滑坡分为3个大类6个小类。岩质滑坡的破坏形式主要有滑移-拉裂、弯曲-拉裂和蠕滑拉裂等形式,这类滑坡的变形发展一般具有累进性变形特点,一旦发现明显的变形,可能产生突发性地质灾害,应引起高度重视。碎石土类滑坡以蠕滑-拉裂变形为主,从变形起始至破坏一般要经历一定的时间,在雨季应加强监测。古滑坡复活型滑坡一般堆积体规模大,雨季多发生局部失稳,在居民密集区要注意监测,制定相应的防灾减灾预案。

[参考文献]

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(责任编辑张淑艳)

Research on classifications and formation mechanism of landslides in mountainous area of southern Anhui

PAN Guo-lin1,2,HONG Tian-qiu1,LIN Gui-xiang3

(1.School of Resources and Environmental Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China;2.Public Geological Survey Management Center of Anhui Province,Hefei 230009,China;3.Anhui Institute of Geo-Environment Monitoring,Hefei 230001,China)

Abstract:Mountainous area of southern Anhui is the most landslide-prone area in Anhui Province,where the landslide is diverse and the formation mechanism is complicated.In order to establish a comprehensive classification system which suits this area,landslides are analyzed in view of their material composition,structural features and genetic mechanism.First,landslides are divided into three major categories according to their material composition,namely rock,soil and ancient landslide.Then landslides are further subdivided into six small classes according to the slope structural features and genetic mechanism.The characteristic and formation mechanism of each of these types of landslide are studied so as to provide a reference for the prevention and control of landslide hazard in this area.

Key words:landslide;Anhui Province;formation mechanism;classification

收稿日期：2014-10-14；修回日期：2014-12-10

基金项目：安徽省国土资源厅公益性水工环资助项目(2010-g-30)

作者简介：潘国林(1980-),男,安徽南陵人,合肥工业大学博士生,安徽省公益性地质调查管理中心高级工程师;洪天求(1953-),男,安徽怀宁人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师.

doi:10.3969/j.issn.1003-5060.2016.04.022

中图分类号:P642.22

文献标识码：A

文章编号：1003-5060(2016)04-0543-05