基于斜坡失稳破坏模式的软弱变质岩区岩质滑坡易发性评价

李金洋， 佘 涛， 陈 欢， 孙金辉， 赵 重

(1.中国地质科学院探矿工艺研究所，四川 成都 611734； 2.中国地质调查局地质灾害防治技术中心，四川 成都 611734)

0 引言

斜坡失稳破坏是一种常见的重力地质现象[1]，滑坡又是斜坡失稳破坏中的一种类型，目前对滑坡力学模式的研究相对较为成熟，黄润秋、张倬元、王兰生等[2-3]对我国20世纪以来大型滑坡进行系统性分析，得出了岩质滑坡的地质-力学模式，包括：滑移-拉裂式、挡墙溃决式、平推式、倾倒变形模式、蠕滑(弯曲)-剪断模式等。每一类模式都具有其对应的岩体结构条件或斜坡结构条件，国内外学者对特定滑坡模式的斜坡地质结构特征进行了大量研究[4-6]，证实了斜坡地质结构特征对滑坡的控制作用。

滑坡易发性评价是近年来国内外滑坡研究领域的热点问题之一[7]，近年来，马力等[8-13]运用多种方法进行了易发性评价工作，取得了较为丰富的成果。开展滑坡易发性评价除了运用有效的评价方法外，最为关键的环节在于合理的选取评价因子[14]，滑坡发生与否与其所在的斜坡环境条件密切相关，包含了气象水文、地质地貌、工程地质及人类活动等多方面的影响因素[15]，且不同地区、不同类型的滑坡控制因素存在差异，如何准确的判别特定类型滑坡的易发性、易发程度，对评价因子的选取就尤为重要，本文以后龙门山区层状软弱千枚岩区为例，归纳总结滑坡破坏模式基础之上，分析不同破坏模式滑坡的地质条件，并对主控地质因子进行分门别类地定性和量化研究之后，运用ARCGIS软件的加权叠加功能定量划分了不同模式滑坡的易发区域，尝试确立更加适合研究区的滑坡易发性评价的方法。

1 影响滑坡失稳模式的因素分析

1.1 研究区地质地貌条件

研究区地貌上总体为构造剥蚀和河流侵蚀作用形成的深切高山区，河谷切割深，地形高差悬殊，地势险峻，全区平均海拔高度在1800 m左右，最高处海拔高达3200 m，平均高差500～800 m。区内出露地层为志留系茂县群(Smx)千枚岩，受区域构造影响，岩层总体倾向NW，倾角陡立，多大于40°，岩体劈理面发育，切割岩体呈层状结构，主要发育一组NE走向的构造结构面。总体来看，研究区岩性单一，影响基岩滑坡的主要因素为斜坡结构特征及地貌特征。

1.2 影响滑坡失稳模式的地质因素

斜坡地质结构与斜坡的破坏型式有着非常明显的对应关系[15]，基于岩层倾向与斜坡坡向的组合关系，对层状结构斜坡进行了划分，岩层倾向与坡向的夹角α<30°时顺向坡、30°≤α<60°时为顺切坡、60°≤α<120°时为橫向坡、120°≤α<150°时为逆切坡、150°≤α<180°时为逆向坡，又根据岩层倾角与坡度的组合关系，进一步将顺向坡中岩层倾角大于坡度的情况划分为顺向飘倾坡、岩层倾角小于坡度的情况顺向伏倾坡。区内千枚岩劈理面发育，岩体多为薄层状，构造结构面与层面倾向近相垂直，因此，滑坡容易发生在顺向坡中，顺向飘倾坡中岩层倾角小于坡角，有利于不稳定岩体(块体)的剪出，岩体容易沿中—缓倾坡外的层面发生顺层滑移；顺向伏倾坡中，岩层倾角大于坡度，加之软岩强度较低，在重力长期作用下，坡脚处岩体发生弯曲变形，最终溃曲演变成滑坡。而在岩层倾角陡立的反向坡中，斜坡表层岩体风化卸荷强烈，则易发生倾倒变形。因此，区内岩质滑坡主要有3种破坏模式，分别为：滑移-拉裂、滑移-溃曲及倾倒变形，见图1。

图1 滑坡模式图

滑坡是否发生不仅仅与斜坡结构特征有关系，同时受微地貌特征的影响，现场调研发现，3种模式的滑坡均发生在凸型坡中，顺层滑坡一般在30°～45°、倾倒变形坡度范围在40°～60°，见表1。

表1 不同模式滑坡的地质地貌特征

2 滑坡易发性评价

2.1 数据来源与评价因子的选取

本次评价选取1∶50000图幅调查范围，DEM数据来源于1∶50000地形图生成，分析斜坡结构所需的岩层产状来源于区域地质图。基本要素图层见图2～图5。

影响滑坡发生的因素较多，主要包括：地形地貌、地层岩性、斜坡结构、地质构造、植被、降雨、人类工程活动等。降雨及人类工程活动被视为是滑坡发生的诱发因素，而本文只作易发性评价，因此不考虑降雨等诱发因素，只考虑影响滑坡发生的内在条件。

图2 坡度分布图

图3 坡向分布图

图4 岩层倾向插值结果图

图5 岩层倾角插值结果图

研究区整体处于茂汶断裂的韧性剪切带中，区内岩性为单一的志留系茂县群千枚岩、植被覆盖率达90%以上且斜坡上覆盖较为均匀，以上因素在评价区域内差异性不强，不易区分其对滑坡灾害的影响，因此对以上因素也不予以考虑。通过现场调研以及对已发生滑坡的分析认为：影响区内滑坡发生的主要内在因素为斜坡结构及微地貌特征，故选取斜坡结构、地形坡度及斜坡表面形态作为评价指标。

2.2 评价因子分级与图层建立

要在ARCGIS中实现各个因子的叠加分析，在对评价因子进行分级之后，须进行分级因子的赋值。为了便于计算过程中进行区分，对赋值做如下规定：有利于滑移-拉裂滑坡发生的等级因子赋值为1、有利于滑移-溃曲的等级因子赋值为10、有利于倾倒变形的等级因子赋值为100、对滑坡的发生无影响的因素赋值为0。各因子分级赋值情况见表2。

表2 各因子分级及赋值

2.2.1 斜坡结构

运用预先处理好的岩层产状矢量数据在ARCGIS软件中进行插值，插值方法选取克里金法，插值结果见图4、图5，插值获得的岩层倾向栅格数据地形坡度在栅格计算器中相减获得斜坡结构，根据上述分析，调查区岩质滑坡在橫向坡、切向坡中基本不发育，在顺向坡和逆向坡中发育，为了便于评价，将顺向坡、逆向坡以外的其他结构斜坡统一为其他结构斜坡，最终将斜坡结构划分为：顺向飘倾坡、顺向伏倾坡、逆向坡和其他斜坡，根据上述赋值规定，依次赋值为1、10、100、0，见图6。根据3种类型斜坡发生的岩层倾角范围，将岩层倾角栅格数据重分类为：<15°、15°～35°、35°～50°、50°～65°及>65°五类，分别赋值为：0、1、10、0、100，见图7。

图6 斜坡结构分类图

图7 岩层倾角分级图

2.2.2 坡度

坡度是滑坡发生的一个重要控制因素，研究区地质灾害调查显示，滑移-拉裂式、滑移-溃曲式滑坡发育在30°～45°的坡度范围，倾倒变形式滑坡发育在坡度相对较陡的地段，坡度范围为40°～60°。本文利用ARCGIS，从1∶5万DEM数据中提取坡度信息，并进行坡度重分类，分为：<30°、30°～45°、40°～60°、>60°四类，分别将栅格赋值为0、1或10、100、0，见图8。

图8 地形坡度分级图

2.2.3 斜坡表面形态

斜坡表面形态可分为直线型、凸形坡和凹形坡3种基本类型。在GIS中坡形可以利用地表的曲率P进行描述和量化。当地表曲率P>0时，坡形为凸形坡；当地表曲率P=0时，坡形为直形坡；当地表曲率P<0时，坡形为凹形坡，将凹型坡与直线型坡赋值为0、根据需要将凸型坡赋值为1或10或100，见图9。

2.3 易发性评价结果

根据表2中已分级、赋值完毕的各项指标因子，在ARCGIS软件中的栅格计算器命令对各项分级指标进行叠加，将叠加结果划分为易发与不易发，根据最初拟定好的赋值方式，叠加结果为0的区域为岩质滑坡不易发区域，叠加结果不为0的区域为3种类型岩质滑坡的易发区，其中，叠加结果<10的整数叠加区域为滑移-拉裂式滑坡易发区、叠加结果<100的整数区域为滑移-溃曲式滑坡易发区、叠加结果>100的整数区域为倾倒变形滑坡的易发区域，见图10。

图9 斜坡形态分级图

图10 易发性分区图

研究区总面积436 km2，统计结果显示：滑移-拉裂式滑坡易发区面积为4.31 km2、滑移-溃曲式滑坡易发区面积3.28 km2、倾倒变形滑坡的易发区域8.73 km2，表明研究区滑坡失稳破坏方式为主；滑移-拉裂式滑坡分布较为零散，表明研究区该类滑坡规模一般较小，与现场调查情况相吻合。将现场调查的几处岩质滑坡与易发性分区结果进行比对校验，不同类型的滑坡均落在相应的易发区内，证明了本次基于斜坡模式的易发性分区具有较高的可靠性。

3 结论与讨论

本文在分析区内滑坡破坏模式、影响因素的基础之上，运用ARCGIS软件的加权叠加功能定量划分了不同模式滑坡的易发区域，主要取得以下认识：

(1)千枚岩为层状软弱岩，区内发育有：滑移-拉裂、滑移-溃曲及倾倒变形3种类型的滑坡，滑移-拉裂主要发生在坡度30°～45°的顺向飘倾坡内、滑移-溃曲发生在坡度30°～45°的顺向伏倾坡内、倾倒变形主要发生在岩层倾角>65°的反向斜坡内；

(2)基于ARCGIS软件的叠加分析表明：区内倾倒变形易发区面积为8.73 km2、顺层滑移易发区面积为4.31 km2、滑移溃曲易发区面积为3.28 km2，以倾倒变形类型的滑坡为主，已发生滑坡与易发分区结果比对证明了滑坡易发分区与实际情况基本吻合。