地质灾害特征及形成条件分析

地质灾害特征及形成条件分析黄土高原地区是我国生态环境最为脆弱的地区之一，自然地理和地质环境背景特殊，区内沟壑纵横，崩塌、滑坡等地质灾害频发。宁夏盐池县南部地处黄土高原，地质环境条件极为脆弱，是宁夏地质灾害较为严重的地区之一，严重威胁着当地人民群众的生命和财产安全，并防碍了当地社会经济的发展。为进一步查明宁夏盐池县地质灾害隐患的发育特征、分布规律及其形成的地质环境条件，保护人民生命财产安全，最大限度地减少地质灾害造成的损失，宁夏地质调查院展开宁夏盐池县地质灾害详细调查工作，为盐池县划分地质灾害易发区和危险区以及减灾防灾提供依据。1地质环境条件盐池县位于宁夏回族自治区东部、毛乌素沙漠南缘。属陕、甘、宁、蒙四省（区）交界地带，东邻陕西定边县，南接甘肃环县，北靠内蒙鄂托克前旗，面积约8557.7km2，辖4乡4镇，全县总人口165474人。境内属中温带大陆性气候，年际降水变化大，同一年内降水分布极不均匀，一般多集中在6〜9月份，雨季和旱季分明。盐池县地形复杂，总体呈南部高、北部低，中部高、东西两侧低的特点。地貌类型主要为低山丘陵、缓坡丘陵和黄土梁峁。盐池县地层区划属华北地层区，以车道-阿色浪断裂为界，西侧为鄂尔多斯西缘地层分区之桌子山-青龙山地层小区，东侧为鄂尔多斯地层分区之盐池-环县地层小区；境内出露最老地层为中元古界王全口组，奥陶系、三叠系、二叠系、侏罗系仅零星出露，白垩系主要分布在县城东部苏步井-红沟梁-佟记圈-青山一带，新生代地层分布广泛。地震烈度为W—忸度，地震动峰值加速度为0.05〜0.20g，最大的一次地震发生在高沙窝镇一带，震级为6.0级。2地质灾害特征2.1地质灾害发育概况盐池县境内地质灾害较发育，主要有滑坡、崩塌、泥石流、不稳定斜坡和地面塌陷5种类型，以滑坡、崩塌为主。境内地质灾害点共计426处，其中滑坡295处、崩塌92处、泥石流19处、不稳定斜坡17处、地面塌陷3处，分别占地质灾害点总数的69%、22%、4%、4%、1%。2.2地质灾害特征2.2.1滑坡盐池县滑坡广泛分布于南部黄土丘陵的沟谷两侧，均为牵引式土质滑坡，滑体多由黄土状土组成。滑坡规模以小型为主，共278处，占总数的94.24%;滑体厚度差异较大，其中浅层、中层、深层滑坡分别为223、71和1处，各占75.59%、24.07%和0.34%。按发生原因，以自然滑坡为主，共有291处，工程活动引起的滑坡仅有4处。盐池县滑坡以新滑坡为主，共175处，占滑坡总数的59.32%。新老滑坡的后壁、侧界、前缘及内部变形均表现不同特点；老滑坡后壁多发育细小冲沟，剥落和垮塌现象多见，一般有沙蒿、芨芨草等植被覆盖；而新滑坡后壁黄土裸露，表面略显凹凸不平。区内大多老滑坡侧界已不甚清晰，与原坡面呈渐变过渡。滑坡前缘出露于河流或沟谷斜坡坡脚，流水侵蚀使部分老滑坡前缘临空，高度一般在数米至十数米不等，坡度多在60°以上；前缘剪出口出露的地层因地质结构和河谷所处地段不同而异，可见黄土层内型（图1）和黄土基岩型两种类型，并以前者分布更为广泛，共203处，占滑坡总数的68.9%。因为近年来盐池县封山禁牧效果良好，大多老滑坡坡面植被发育较好，二次变形迹象不明显；但新滑坡，特别是近期发生的滑坡，其上裂缝清晰可见，最大宽度可达十几至几十厘米，深度不一，部分甚至贯穿滑体，延伸至滑坡前缘，还有规模不等的落水洞发育。2.2.2崩塌盐池县内崩塌有88处为黄土崩塌，发生于黄土丘陵区沟谷沟岸，仅有4处为岩质崩塌。沟岸崩塌灾害因受新构造运动的影响，沟谷强烈下切，坡体拉张裂隙发育。根据现场调查发现产生崩塌的坡型为凸型和直线型的共56处、为凹型的36处。境内崩塌数量多，规模小，堆积体不易保存，边坡多陡立，坡度40°〜80°,多数崩塌发生在50°〜80°之间。当前盐池县内崩塌大多处于不稳定状态。2.2.3泥石流盐池县境内泥石流沟共计19条，主要分布在王乐井乡、大水坑镇及麻黄山乡，均为沟谷泥石流。盐池县内泥石流均由暴雨因素引发形成，集中发生于每年降雨强度高的7〜9月份。按其物质成分特征，属稀性泥流，多沿沟谷形成，上游汇水面积较大，坡面发育大量松散碎屑，沟纵坡降较大，沿沟两侧及沟底有明显的刨蚀和冲刷作用痕迹，出沟口呈堆积扇地貌，固态物质以砂、泥为主。因为沟道一般在上游多为“V”型，中下游为拓宽型或平坦型沟道，直接危害沟下游村庄、农田和沟畔两侧的居民点，如王乐井乡西沟泥石流、王乐井乡东沟泥石流和大水坑镇红井子泥石流等。2.2.4不稳定斜坡盐池县内不稳定斜坡共计17处，坡型以直线型为主，均为小型，其中2处为自然形成，坡度在45°〜60°之间；6处为道路切坡形成，坡度多为50°〜70°;9处因斩坡建窑形成，坡度多大于70°。不稳定斜坡进一步发展可形成崩塌或滑坡灾害，是县内危害较大且发展趋势具有不确定性的一种潜在地质灾害。盐池县内不稳定斜坡多为人为形成，主要威胁道路过往车辆、行人以及居住在窑洞中居民的生命财产安全，具有发展趋势的不确定性。2.2.5地面塌陷盐池县内地面塌陷共计3处，分布于冯记沟乡原冯记沟煤矿、金凤煤矿，均为煤炭资源井工开采引起。根据地面塌陷的形态特征，将该矿区地面塌陷划分为塌陷坑、塌陷槽、裂缝3种类型。塌陷坑：金凤煤矿采矿活动已形成一长条形塌陷坑(图2(a))，地面长约500m，宽约20〜50m，深约1〜3m,面积约18000m2。塌陷坑南侧边缘发育塌陷裂缝，沉降0.5〜0.8m。塌陷槽：原冯记沟煤矿塌陷槽(图2(b))位于煤矿区西部，呈弧形分布，大多裂缝已被充填，槽内植被发育，覆盖率大于50%，槽宽5〜20m，走向长约350m，深约0.4〜1.2m。金凤煤矿塌陷槽(图2(c))位于煤矿区北部,呈长条形间断分布，裂缝面新鲜，西侧尖端裂缝及其发育，有继续沉陷趋势，槽宽1〜15m，走向长约400m，深约0.4〜1.8m。裂缝：原冯记沟煤矿塌陷槽两侧边缘裂缝，绝大多数已被掩埋，局部可见裂缝宽约0.1〜0.5m，可测深度达10m。矿区北、西侧墙体上可见明显裂缝，裂缝宽约0.05〜0.1m，部分墙体变形，向下凹陷。金凤煤矿地面塌陷区裂缝及其发育，裂缝主要以走向320。〜340°、240。〜260。为主，其中裂缝走向320°〜340°一般延伸50〜200m，宽0.01〜0.10m,可测最大深度约0.35m;裂缝走向240°〜260°,—般延伸100〜450m，宽0.1〜0.5m，可测深度大于10m,井田内塌陷槽受该组裂缝控制。盐兴公路位于塌陷区路段已完全损坏，现状砂砾路面凹凸不平。3地质灾害时空分布规律3.1空间分布规律盐池县地质灾害点主要分布在工作区南部麻黄山以南地区，以滑坡和崩塌为主，约占地质灾害点总数的91%（图3）。对盐池县地质灾害点按乡镇统计发现，滑坡、崩塌主要分布在大水坑镇东南部、麻黄山乡以及惠安堡镇南部一带的黄土冲沟斜坡上,泥石流主要分布在王乐井乡和大水坑镇，不稳定斜坡在麻黄山乡和惠安堡镇发育较多，地面塌陷分布在冯记沟乡。经野外调查发现，滑坡发育密集的地区黄土层厚度都比较大，滑坡呈滑坡群或滑坡链分布，具有群发性特征。受古地形影响，沉积的黄土表现为阴坡厚、阳坡薄的特点，并且漫覆于新近纪泥岩之上。滑坡发育水准往往与黄土厚度关系紧密，阴坡黄土厚度大则滑坡多，而阳坡黄土厚度一般，则基本无滑坡。其次，滑坡坡体形变水准与斜坡角也有一定关系，一般边坡在25°以内较为稳定，超过则稳定性较差。工作区南部滑坡密集的地段斜坡多在20°〜40°之间，是滑坡体复活的高易发区。泥石流的形成主要受地形、地貌条件的控制，大都发育在山地或丘陵相连、坡陡谷深、沟脑三面环山、一面敞开的漏斗状或手掌状地形内。这类地形在县西南、北部较为发育，尤其是北部，只要泥石流其他诱发条件具备，随时都可能发生。地面塌陷地质灾害分布在冯记沟乡金凤煤矿和原冯记沟煤矿，是煤炭资源开采引起的，分布在矿区周边。3.2时间分布规律滑坡、崩塌地质灾害的发生既与大气降水的周期关系密切，也与地壳活动的影响相关。本调查区滑坡、崩塌主要是受控于降水的年际规律周期的影响。盐池县曾于1999年7月（丰水期）发生滑坡，这与6〜9月此时段降水集中和降水频次高完全一致。在近10a来，泥石流的爆发主要集中出现在强降水或暴雨的丰水年，年内主要集中在7〜9月份。泥石流的暴发往往有一定的周期复活性，各种条件的具备需要一个积累过程，尤其是松散固体物质的补给速度。当固体物源、水源和地形的组合处于最佳状态时，就有可能暴发泥石流。据调查和访问，境内一般经过5〜10a就可发生一次。4地质灾害形成条件分析4.1地形地貌与地质灾害地形是滑坡、崩塌灾害产生的先决条件[5]。盐池县南部麻黄山一带黄土堆积厚度一般在30m以下，结构疏松，岩土侵蚀强烈，受古地形影响，地势起伏较大，支流支沟密布，地形破碎，为滑坡崩塌的形成提供了地形地貌条件。斜坡的几何形态决定着斜坡体内应力的大小和分布，控制着斜坡的稳定性与变形破坏模式。4.1.1坡型区内斜坡坡面形态能够划分为4个基本类型，即凸型、直线型、阶梯型和凹型，前两类属正向类型，后两类属负向类。凸凹型、凹凸型以及波型是4种基本坡型的组合形式，本次调查以最具代表的坡段作为基本坡型。直线型和凸型正向类斜坡明显更容易产生滑坡和崩塌灾害。负向类凹型和阶梯型斜坡，因为受到沿斜坡走向方向应力支撑，应力集中水准减缓，稳定水准明显增高；正向类斜坡则相反，应力集中水准明显提升，稳定水准明显降低。对本次盐池县地质灾害详细调查的数据统计分析发现，坡型对斜坡的稳定性及变形破坏模式的控制作用略有差异，正向类型直线型和凸起型斜坡比负向类凹型和阶梯型斜坡数量多。在共计404处滑坡、崩塌、不稳定斜坡调查点中，集中在正向坡的有244处，约占60.4%，集中在负向坡的有160处，约占39.6%。盐池县不同坡型的滑坡、崩塌和不稳定斜坡发育情况见图4。4.1.2坡度坡度是控制地质灾害发育水准和地质灾害发育类型的一个重要因素。坡度明显改变斜坡的应力分布状态，随着坡度的增大,坡面附近应力带范围随之扩大，坡脚应力集中并随之增高。斜坡坡度对于黄土边坡的稳定性影响很大，坡度越大，安全系数越小。也就是说，斜坡的坡度越大，临空的危势和斜坡体内应力也越大，斜坡易产生变形坡坏。＞50。的陡崖易形成崩塌，随着坡度的减缓，多发生滑坡，由陡坡转变为缓坡，滑坡发生概率降低，直至不再有滑坡发生。盐池县不同坡度区间的滑坡、崩塌和不稳定斜坡发育情况见图5。4.1.3坡高坡高虽然没有改变斜坡内应力的分布状态，但却控制着坡体内各处应力的大小，随着坡高的增大，应力值呈线性增加。盐池县调查统计资料表明，斜坡坡高与斜坡类地质灾害的发生也存有明显的相关性。滑坡一般多发生在坡高30〜70m的斜坡上，占滑坡总数的69.15%。崩塌则主要发生在坡高小于30m的斜坡上，占崩塌总数的60.87%。因为盐池县发育的不稳定斜坡多为道路切坡和斩坡建窑形成，坡高多小于30m，仅2处坡高大于30m。盐池县不同坡高区间的滑坡、崩塌和不稳定斜坡发育情况见图6。4.1.4坡向盐池县南部麻黄山一带发育的黄土冲沟河谷总体上呈北西南东向，沟谷两岸斜坡为盐池县内地质灾害发育的主要区段。据统计，盐池县滑坡灾害在0°〜135。和225。〜360。的坡向区间相对集中，表明盐池县滑坡在阴坡和近似阴坡的斜坡上较发育。盐池县不同坡向区间的滑坡、崩塌和不稳定斜坡发育情况见图7。4.2地层岩性及地层结构与地质灾害地层岩性是控制崩塌、滑坡等斜坡变形的首要因素。不同的地层岩性及结构构造组合形成的地质结构面，决定了斜坡的稳定水准。区内发生崩塌、滑坡的易滑地层以第四系黄土层为主，次为白垩系泥质岩、碎屑岩岩层内。黄土作为一种特殊类土，其本身固有的特殊性影响，决定了境内黄土易形成滑坡，因为黄土的垂直节理及其发育，因而斜坡边缘常发育有走向与斜坡走向平行的张裂缝带，宽度可达数米，加之黄土结构松散，孔隙率高以及黄土特有的湿陷性等，强降雨时，地表水入渗速度很快，土体含水量较大时，其抗拉、抗剪强度大大降低，当其他条件具备时极易使斜坡变形。由碎屑岩、泥质岩构成的坡体，其坡脚因为受洪水冲蚀，绝大多数坡面直立或悬空，且斜坡边缘发育张裂缝带，强降雨条件下，极易发生崩塌。4.3降雨降雨是盐池县地质灾害最重要的诱发因素之一，二者在时间上具有一致性，每年7-9月的雨季，则是发生地质灾害最多的月份。地质灾害的发生还与降雨方式存有着一定的关系，间断性的降雨,则地质灾害形成的机率较少；连续性降雨，因地表水持续对斜坡的持续渗透，因而地质灾害形成的机率则明显增大。此外，强降水、连续降水或暴雨相对较多的地区，往往是发生地质灾害最严重的地区，盐池县南部麻黄山乡一带降雨量高于北部，这也是南部地质灾害比北部发育的原因之一。盐池县降雨常以暴雨和连阴雨的形式出现，暴雨降雨强度高，但通常历时较短；而连阴雨虽然降雨强度不大，但历时长,雨水绝大多数都可渗入坡体，使得坡体地下水位持续增高，从而导致斜坡失稳。4.4人类工程活动与地质灾害地质灾害的影响因素中，人类工程活动是最活跃的因素之一。盐池县人类工程活动强烈，主要表现有：(1)开挖边坡、劈山切坡、修建公路等人类工程活动的实施，严重破坏了原始斜坡的安定角，且超过了坡体的临界高度，导致不稳定斜坡产生，部分地段斜坡坡度过陡，且极少护坡，易形成崩塌地质灾害,威胁过路车辆和行人的安全。(2)劈坡建房或打窑。黄土丘陵区村民大多是依山傍坡劈坡建房或打窑，因黄土切坡多为坡度大于60°,坡高一般也超过了其安全临界高度，破坏了斜坡的稳定性，且未予支挡，这种人为因素最为突出，且易被忽视，由此构成较严重的不稳定斜坡。(3)开采煤炭资源。因为井工开采煤炭资源