湖南省沅麻盆地红层区地质灾害发育特征及成灾规律分析

罗冠枝，陈全明，王国卫

(湖南省地质环境监测总站，长沙 410007)

湖南省沅麻盆地红层区地质灾害发育特征及成灾规律分析

罗冠枝，陈全明，王国卫

(湖南省地质环境监测总站，长沙 410007)

沅麻盆地是湖南省主要的大型红层盆地之一，沅麻盆地红层区“岩水”作用易发生膨胀和崩解，通过对麻阳县红层区地质灾害的研究和强降雨对沅麻盆地红层区的影响分析，总结出沅麻盆地红层区地质灾害发育特征及成灾规律。

沅麻盆地；红层；“岩水”作用；发育特征；成灾规律

1 引言

红层泛指外观以红色为主色调的陆相碎屑岩沉积地层，红层在湖南省分布较广泛，特别是沅麻盆地，是湖南省主要的大型红层盆地之一。区内岩层一般呈红色、深红色或褐红色，岩性组合多为软岩与硬岩相间，呈互层状产出，层间结合力较弱，是典型的易滑地层，其形成时代主要是白垩纪。在沅麻盆地红层地区，由于红层所具有吸水膨胀和浸水崩解的特殊地质特性，使得在暴雨等作用下引发数量众多滑坡和崩塌灾害，严重威胁人民生命财产安全。本文通过选取位于沅麻盆地的麻阳县作为研究对象，对麻阳县红层区地质灾害进行分析研究，总结沅麻盆地红层区地质灾害发育特征及成灾规律。

2 红层的“岩水”作用

“岩水”作用是特指红层区的软岩与水之间的耦合作用。沅麻盆地红层区岩性主要为泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩、页岩等组成，局部有底砾岩。其中红层中的软岩占突出的位置，红层中的岩水关系为：

(1) 岩石透水性差。由于红层中的构造节理密度小，孔隙率小，吸水率低，因此透水性差。

(2) 亲水性强。由于红层岩石中粘土抗污含量高，固结陈化差，构造结构面上裸露的粘土矿物团剪损后的节点以及粘土矿物断键增大了对水分子的吸附力，特别对于红层中的软岩表现出较强的亲水性。

(3) 抗水性弱。由于红层中的粘土矿物细碎后膨胀易发生崩解，因此红层的抗水性弱。

在天然条件下，红层中的岩石含水量越高，力学强度就越低，就越容易发生变形和破坏。由于红层软岩的软化系数均较低，从而降低岩土的强度，容易发生膨胀和崩解。泥岩、页岩和砂质泥岩浸水后强度显著降低，尤其是在干湿反复交替的情况下，强度会急剧下降，承载力也会大幅下降。

3 红层区地质灾害发育特征

根据湖南省沅麻盆地的麻阳县1∶5万地质灾害详细调查统计，发育于麻阳县红层中的地质灾害点共175处，占全县地质灾害点总数的82.2%，按灾害类型来分，不稳定斜坡24处，滑坡调查点138处，崩塌调查点13处；按体积规模来分，中型9处，小型166处。根据数据分析，全县绝大多数地质灾害发育于红层当中，并且规模以小型为主，滑坡是该县最主要的灾种，主要分布于谭家寨乡(22处)、江口墟镇(17处)、岩门镇(17处)、和平溪乡(12处)、绿溪口乡(12处)、锦和镇(11处)、高村镇(11处)以及隆家堡乡(10处)等。

通过分析地质灾害与其发育的斜坡结构类型、地形坡度、地层岩性等地质环境条件的相互关系，总结麻阳红层孕育地质灾害的基本规律：

(1) 顺向斜坡易于产生红层地质灾害，县内顺向坡发育的地质灾害点约占整个红层地质灾害总数的41.1%(表1)。

表1 红层地质灾害与斜坡结构类型关系统计表

(2) 红层中地质灾害最发育的地层岩性为粉砂质泥岩，共发育地质灾害82处，占整个红层地质灾害总数的46.9%(表2)。粉砂质泥岩为典型红层软岩，是易崩易滑地层，且在境内大面积分布，这是麻阳县地质灾害强发育的根本原因。

(3) 地质灾害主要为暴雨激发型，如2014年“5.25”、“6.19”两次特大暴雨，引发的地质灾害绝大多数分布在红层区。

(4) 红层地质灾害与人类工程活动关系密切，发生地质灾害的地段，斜坡表层都开垦有桔子园，前缘都有不同程度的切坡，人类改造迹象明显。

表2 红层地质灾害与岩性关系统计表

4 强降雨对沅麻盆地红层区的影响分析

红层具有遇水易软化、泥化、塑变、崩解、膨胀等特性，在大雨特别是暴雨之下，坡表瞬间聚集大量的雨水，雨水沿着岩体的节理裂隙面或是断层面进入坡体内部，它与红层岩体之间的相互作用，改变了岩体的物理、力学以及化学性质，岩体结构面或层面中充填物随着含水量的增加，由固态向塑态、液态转变，使得岩体的力学性能减低，内聚力和内摩擦角减小，斜坡的稳定性就会急剧恶化，导致地质灾害的发生。

以2014年6月18日至22日典型降雨过程为例进行分析，湖南省平均降雨量67.1 mm，强降雨落区集中在湘西、湘中及偏南地区(图1)。

这次过程主要有如下几个特点：一是强降雨范围广，其中湘中及以南部分地区出现了大暴雨，局地出现了特大暴雨，过程累计降雨量大，其中沅麻盆地中共7个乡镇过程累计降雨量超过300 mm，最大降雨量为393 mm。二是强降雨落区南北移动明显。三是短时降雨强度大。四是局地出现了持续强降雨，这次过程强降雨最主要的落区在沅麻盆地等地(图2)。

图1 2014年6月18～22日湖南累计雨量图

图2 2014年6月19～6月22日湖南省中小尺度降雨分布图

2014年6月19日强降雨中心在麻阳县，沅麻盆地都有不同程度灾害发生，大部分灾害都有具体的发生时间和地点，其中6月19日麻阳县发生地质灾害33处，6月20日麻阳县发生地质灾害4处。

根据统计，麻阳大部分灾害主要发生时间为6月19日6时左右(图3)，结合地质灾害点与附近站点降雨(图4～7)进行分析，麻阳县降雨量集中在19～20日，而主要发灾点附近24 h累计降雨量都超过100 mm，最大的达到221.9 mm(岩门)，且单小时最大降雨量均大于30 mm。从中小尺度降雨分布图来看，麻阳县5月25日和6月19日经历了前后两次强降雨；从发灾环境来看，地层岩性主要为白垩系东井组粉砂质泥岩等，坡体物质主要为粉砂质泥岩强风化形成的泥质粘土，泥质成分较高，岩体较软弱。5月25日过程降雨量大于200 mm，导致土体含水较饱和，6月19日降雨过程发灾区域短时雨量2 h达82.2 mm，再次强降雨导致土体饱和，岩土体之间的摩擦力减小，最终当下滑力超过抗滑阻力之后，导致灾害发生。因此，强降雨是沅麻盆地红层区地质灾害发生的主要因素。这次发灾的特点主要体现在前后两个强降雨过程降雨强度大，而且主要为短时强降雨，5月25日强降雨导致坡体出现前期迹象，6月19日再次强降雨导致变形迹象加剧或直接导致灾害的发生。干湿交替作用，致使岩土体容易风化、地下水径流活跃，尤其是间歇性强降雨期，往往是沅麻盆地红层区地质灾害的高发期。当前期降雨量较大，后期出现24 h累计降雨量超过100 mm或单小时降雨量超过30 mm时，极易引发群发性红层地质灾害。

图3 6月19～20日麻阳县地质灾害发生次数与时间的关系图

图4 6月19～20日麻阳县江口墟镇灾害点附近降雨情况分布图

图5 6月19～20日麻阳县舒家村乡灾害点附近降雨情况分布图

图6 6月19～20日麻阳县和平溪乡灾害点附近降雨情况分布图

图7 6月19～20日麻阳县岩门镇灾害点附近降雨情况分布图

5 结论

(1) 通过对沅麻盆地的麻阳县进行分析研究，总结出沅麻盆地红层区地质灾害主要发育在顺向斜坡，特别对于含粉砂质泥岩等典型红层软岩的地层，是主要的发灾场所。

(2) 沅麻盆地红层地质灾害与人类工程活动密切相关，主要是沅麻盆地红层区适宜种植果树等，人类开发改造迹象明显，破坏原有斜坡的完整性和稳定性。

(3) 强降雨是沅麻盆地红层区地质灾害发生的主要因素。间歇性强降雨期，往往是沅麻盆地红层区地质灾害的高发期。当前期降雨量较大，后期出现24 h累计降雨量超过100 mm或单小时降雨量超过30 mm时，极易引发群发性红层地质灾害。

[1] 程强，寇小兵，黄绍槟，等．中国红层的分布及地质环境特征[J]．工程地质学报，2004，12(1)：34-40．

[2] 彭华，吴志才．关于红层特点及分布规律的初步探讨[J]．中山大学学报，2003，42(5)：109-113．

[3] 张俊云，周德培．红层泥岩边坡快速风化规律[J]．西南交通大学学报，2006，41(1)：74-79．

[4] 冯启言，韩宝平，隋旺华．鲁西南地区红层软岩水作用特征与工程应用[J]．工程地质学报，1999，7(3)：266-271．

[5] 左文贵．湖南白垩系、第三系红层工程特性研究[D]．中南大学博士学位论文，2006．

[6] 刘汝明，孔英勋，鲁志强，等．滇西红层的工程地质特征及工程对策[J]．云南交通科技，2001，17(6)：1-10．

[7] 左文贵，彭振斌．“长株潭”地区红层工程性质的研究[J]．地质与勘探，2005，41(5)：90-91．

ANALYSISONTHECHARACTERISTICSOFGEOLOGICALHAZARDSANDTHELAWOFDISASTERINTHEREDBEDOFTHEHUNANPROVINCIALYUANMABASIN

LUO Guan-zhi, CHEN Quan-ming, WANG Guo-wei

(Hunan Institure of Geo-Environment Monitoring, Changsha Hunan 410007,China)

The Yuanma basin is one of the major large red basins in Hunan Province. The “rock-water” effect in the red bed of Yuanma basin is easy to expand and collapse. Through the study of the geological hazards in the red bed of Mayang County and analysis on the influence of heavy rain in red bed of Yuanma basin, summarizes the characteristics of the geological hazards development and the law of disaster in the red bed of Yuanma basin.

Yuanma basin; red bed; “rock-water” effect; developmental characteristics; disaster law

1006-4362(2017)03-0019-06

2017-03-06改回日期2017-04-30

P694;X141

A

罗冠枝(1983-)，男，广东佛山人，中南大学硕士研究生，水工环地质工程师，主要从事地质灾害监测预警、地质环境调查与评价工作。E-mail：156733906@qq.com