陳友生

(成都理工大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059)

0 引 言

云南巧家縣城(白鶴灘鎮(zhèn))位于金沙江右岸，地理位置為東經(jīng)102°54'，北緯26°54'，距離白鶴灘水電站壩址40 km，是白鶴灘庫區(qū)最大城鎮(zhèn).縣城主體建筑分布在海拔780 ～1 000 m 之間，海拔在640 ～780 m 之間為人口較密集的村落.巧家縣屬典型的亞高山深切割地貌，新構(gòu)造運動強烈，主要有金沙江深大斷裂、小江深大斷裂、則木河斷裂、五蓮峰斷裂及次級斷裂發(fā)育.巧家縣城及后山斜坡整體地勢東高西低，地形陡緩相間，呈現(xiàn)出明顯的滑坡地形——圈椅狀地形，由陡峭的后壁，側(cè)壁及其以下的斜坡組成［1－3］.在建的白鶴灘水庫建成以后，正常蓄水后水位變幅在海拔765 ～825 m 之間，縣城及周邊將被淹沒，因此要修建安置區(qū)對大量的人口進行安置，由于巧家縣城后山獨特的地質(zhì)環(huán)境，要保證安置區(qū)選址的合理性以及房屋建成后的整體穩(wěn)定性，厘清場地的工程地質(zhì)條件將是一項首要開展的重要工作［4－5］.本研究通過對巧家縣城及后山斜坡進行詳細地質(zhì)調(diào)查，對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特點和發(fā)育規(guī)律進行了總結(jié)，并據(jù)此提出了巧家縣城及后山斜坡工程地質(zhì)分區(qū)評價.

1 巧家縣城及后山斜坡災(zāi)害發(fā)育特點

2014年8月3日云南昭通魯?shù)榘l(fā)生5.1 級地震后，巧家縣發(fā)現(xiàn)新增多個地質(zhì)災(zāi)害隱患點.通過對縣城周邊斜坡地質(zhì)災(zāi)害進行實地調(diào)查，共查出地質(zhì)災(zāi)害及隱患點37 處，其中崩塌14 處，滑坡12 處，泥石流4 處，不穩(wěn)定斜坡7 處，其中具有威脅對象的有17 個，主要分布于海拔1 200 m 以下縣城周邊區(qū)域.

1.1 滑 坡

研究區(qū)域滑坡有2 種類型:第四系堆積體滑坡和基巖滑坡.鉆孔揭示巧家后山海拔1 000 m 以下至金沙江邊均為深厚(厚度達數(shù)十米至約300 m)的沖洪積層，海拔1 000 m 以上為出露基巖.本次調(diào)查的12 處滑坡中，僅有1 處為巖質(zhì)滑坡，其余11 處為堆積層滑坡.巖質(zhì)滑坡位于迤博村4 社，N26°53'48.75″，E102°56'58.57″處.該滑坡出露基巖為強風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，坡面順層，前部有一采石場，開挖石方爆破震動巖體，開挖后坡體高陡且無支擋，引起坡體產(chǎn)生順層面蠕滑.其余11 處堆積體滑坡分布于海拔700 ～1 000 m 的區(qū)域，為后山與縣城陡緩交界區(qū)域，地形坡度為15 ° ～25°，由山前洪積物和金沙江沖積物湖相沉積物交互沉積而成.洪積物主要為全風(fēng)化玄武巖碎礫石、混合土碎礫石，階地沖積物主要由砂、卵礫石和粉土等組成.該區(qū)域位于小江斷裂帶最北端，構(gòu)造活動強烈，人類活動頻繁，如公路修筑，房屋建設(shè)，濫砍濫伐等，導(dǎo)致地表破壞嚴重，雨水下滲通暢.該區(qū)域滑坡均為推移式滑坡，且為淺層滑坡，滑體厚度一般為5 ～10 m，規(guī)模為大多為中小型，方量為5×103～150×103m3.

1.2 崩 塌

研究區(qū)域14 處崩塌中，有1 處為土質(zhì)崩塌，其余13 處為巖質(zhì)崩塌.土質(zhì)崩塌發(fā)育于迤博8社安置區(qū)背后的人工邊坡，該邊坡坡長約150 m，坡高約10 m，坡度50 ° ～60 °，坡體為第四系殘坡積塊碎石土.由于修建安置區(qū)房屋開挖人工邊坡切削坡腳而未做加固處理，導(dǎo)致擾動松散的塊碎石土發(fā)生垮塌，方量約100 m3.巖質(zhì)崩塌主要發(fā)育于金沙江岸坡4 條泥石流溝溝壁，以及古滑坡體后緣及側(cè)壁.金沙江岸坡崩塌點巖性為砂巖、板巖，風(fēng)化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎.該崩塌危巖體為修建公路開挖邊坡形成，由于邊坡陡峭，節(jié)理裂隙發(fā)育，在降雨、地震等因素作用下，易沿卸荷裂縫或不利組合面(線)發(fā)生垮塌.后山斜坡主要發(fā)育4 條泥石流溝，溝壁陡峭，出露基巖主要為二迭系下統(tǒng)茅口組、棲霞組、梁山組灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，強風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，溝壁頂部往往發(fā)育大量卸荷張拉裂縫，導(dǎo)致危巖體易沿著節(jié)理裂隙以及巖層面發(fā)生滑移、墜落.古滑坡體后緣及側(cè)壁坡壁綿延數(shù)公里，高100 ～300 m，出露基巖為泥盆系中統(tǒng)幺棚子組(D2y)泥砂質(zhì)白云巖、灰?guī)r夾粉砂巖、頁巖組成灰?guī)r，中統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)，巖層傾角約5 °～20 °緩傾坡外，節(jié)理裂隙發(fā)育，傾角50 °～75 °.層面和節(jié)理裂隙將基巖切割成塊狀，且坡頂往往發(fā)育大量卸荷裂縫，整個后緣及側(cè)壁發(fā)育11個崩塌點，類型主要為滑塌式和墜落式.

1.3 不穩(wěn)定斜坡

研究區(qū)域不穩(wěn)定斜坡主要位于海拔700 ～1 200 m的陡緩交界地帶，均為土質(zhì)斜坡，多發(fā)育于公路，采石場上部斜坡，坡度約20 ° ～30 °，土體松散，植被以草類為主，根系不發(fā)達，加之人工切削坡腳，使坡體達到失穩(wěn)臨界狀態(tài).此外，該斜坡后緣發(fā)育大量張拉裂縫，前緣局部鼓脹，公路邊坡變形，規(guī)模均為中小型.

1.4 泥石流

巧家縣城后山主要有4 條泥石流溝，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近20年來，縣城后山未爆發(fā)過泥石流災(zāi)害.目前，溝道內(nèi)植被茂密，以灌木叢為主，僅溝口采石場及溝道內(nèi)公路兩側(cè)斜坡發(fā)育少量物源，總體來講物源量稀少.據(jù)此判斷這4 條泥石流溝已經(jīng)處于老年期，不易爆發(fā)泥石流災(zāi)害.

2 巧家縣城及后山斜坡災(zāi)害分布特征

2.1 地質(zhì)災(zāi)害的分布與地形地貌的關(guān)系

巧家縣城斜坡整體地勢東高西低，后山斜坡陡緩相間，緩坡上又可分為多級陡緩相間的臺坎.海拔為2 100 ～2 300 m、1 600 ～1 800 m、1 100 ～1 300 m及900 ～1 000 m 為坡度為25 ° ～30 °的陡坡;海拔2 300 ～2 600 m、1 800 ～2 100 m、1 300 ～1 600 m、1 000 ～1 100 m 及900 m ～江邊的區(qū)域為5 ° ～15 °的緩坡.在海拔700 ～1 000 m 的范圍內(nèi)，坡度15 °～25 °，為縣城和后山斜坡陡緩交界地帶，主要發(fā)育滑坡和不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害，其中，崩塌、滑坡、不穩(wěn)定斜坡分布于海拔1 000 m 以下21 處，分布于七里村、黎明村、黎明新村和迤博村，坡度一般為15 ° ～20°，其中坡度最大的為葫蘆口大橋崩塌，坡度70 ～80°;分布于海拔1 000 ～1 300 m 的6 處，坡度一般為15 ° ～25 °;分布于海拔1 800 ～2 000 m 的有1 處，坡度為20 °.古滑坡后緣的崩塌帶，分布于海拔2 600 m 處，坡度為50 ° ～75 °.

2.2 地質(zhì)災(zāi)害的分布與巖土性質(zhì)的關(guān)系

地層巖性是地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ).巧家縣城斜坡位于近南北向的水坪子背斜西翼，軸部地層為泥盆系中統(tǒng)么棚子組(D2y)，由中層塊狀泥砂質(zhì)白云巖、灰?guī)r夾粉砂巖、頁巖組成，底部為黃綠色泥質(zhì)石英砂巖、灰質(zhì)頁巖、紫紅色頁巖互層.翼部為二迭系下統(tǒng)茅口組、棲霞組、梁山組(Pl)和中統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)組成.基巖一般分布于海拔1 000 m 以上的區(qū)域，巖層基本順坡，產(chǎn)狀一般為N 0 ° ～30 °、W/SW/10 ° ～40 °，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎.因此，在古滑坡后緣崩塌帶，幾條泥石流溝的陡峭溝壁上均發(fā)育有一定規(guī)模的崩塌、滑坡以及不穩(wěn)定斜坡，其滑面為順強風(fēng)化于中風(fēng)化的分界層面或節(jié)理裂隙組合面.海拔1 000 m 以下縣城周邊緩坡由山前洪積物和金沙江沖積物湖相沉積物交互沉積而成，洪積物主要為全風(fēng)化玄武巖碎礫石、混合土碎礫石、碎石混合，階地沖積物主要由砂、卵礫石和粉土等組成，堆積密實，湖相沉積物主要為黏土層、砂層組成.主要發(fā)育中小規(guī)模的滑坡和不穩(wěn)定斜坡.

2.3 地質(zhì)災(zāi)害的分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

地質(zhì)災(zāi)害的形成于地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系密切，在斷層帶等構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的控制性作用更加明顯.研究區(qū)域新構(gòu)造運動強烈，主要有金沙江深大斷裂、小江深大斷裂、則木河斷裂、五蓮峰斷裂及次級斷裂發(fā)育，地形地貌，構(gòu)造格架主要受區(qū)域性斷裂帶控制.通過對本次調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害隱患點分布情況與地質(zhì)構(gòu)造分布的對比分析發(fā)現(xiàn)，災(zāi)害點主要沿斷裂帶分布，巧家縣為地震多發(fā)區(qū)，基本烈度為Ⅷ度，多個隱患點在魯?shù)榈卣鸷笞冃窝杆僭龃?

2.4 地質(zhì)災(zāi)害的分布受人類工程活動的影響

人類活動對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育有重要影響.本次調(diào)查的災(zāi)害點多發(fā)育于海拔700 ～2 000 m 的區(qū)域.這一帶是人類活動密集的地方，如公路修筑、房屋建設(shè)、開礦采石及濫砍濫伐，其結(jié)果都是破壞植被，人為制造坡體臨空面，造成坡體松散開裂，也為雨水下滲提供通道，故地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育.而海拔2 000 m以上的區(qū)域人類活動較少，植被茂密，坡體完好，雨水下滲通道較少，雖然降雨量較大，但災(zāi)害點較少.在37 處崩塌，滑坡，不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害點中，有26 處受人類工程活動控制或影響.

2.5 地質(zhì)災(zāi)害的分布受降雨影響

降雨是誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素之一.降雨對滑坡的影響主要表現(xiàn)為:降雨沿坡面流動或入滲到坡體，增大坡體重量，增大下滑力，降低巖土體內(nèi)聚力;當坡體內(nèi)有隔水層時，聚集在隔水層處的水將降低隔水層上部土體抗剪強度;水沿隔水層向坡面外流動時，產(chǎn)生指向坡外的動水壓力.巧家縣城周邊多年平均降雨量為801.5 mm，隨高程增加降雨量逐漸增大，海拔2 600 m 區(qū)域降雨量增大到縣城周邊降雨量的1.8 倍.巧家縣雨季(5 ～9月)降雨約占全年89.5%.本次調(diào)查的災(zāi)害點多在7 ～8月產(chǎn)生或變形迅速增大，雨季的變形量大于全年變形量的80%.

3 巧家縣城及后山工程地質(zhì)分區(qū)評價

考慮到影響工程地質(zhì)條件的因素的多樣性和復(fù)雜性，本研究利用ArcGIS 分析工具對巧家縣城及后山工程地質(zhì)分區(qū)進行分析比較.其分析步驟為:①確定評價指標;②根據(jù)指標信息，建立柵格數(shù)據(jù)圖層;③基于層次分析法進行指標權(quán)重賦值;④利用Arc-GIS 的空間分析功能進行疊加計算;⑤根據(jù)得到的綜合圖像柵格的范圍，對圖像進行重分類處理，得到最終的分區(qū)圖像.

3.1 評價指標的選取

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特點和分布規(guī)律，選取以下6 個因子作為評價指標.

1)坡度(地形地貌).巧家縣城周邊及后山為陡緩相間的地形，出露的基巖基本為順坡向，因此對地形地貌主要考慮坡度條件，不再考慮坡向因素.研究區(qū)域的坡度最大約80 °，將坡度分為如下5 個級別:0°～8 °，8 °～15 °，15 °～25 °，25 °～40 °，40 °～80 °.

2)工程地質(zhì)巖組.工程地質(zhì)巖組是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的物質(zhì)條件.本研究將工程地質(zhì)巖組劃分為5 類:沖洪積類，主要為縣城及周邊區(qū)域;崩坡、殘破積類，主要分布于后山海拔1 400 ～1 000 m 范圍;古滑坡體，為后山古滑坡圈界范圍內(nèi)的區(qū)域;相對硬質(zhì)巖類、即灰?guī)r、白云巖、玄武巖、砂巖以及它們的組合地層;相對軟巖類，黏土巖、頁巖、泥巖、板巖以及它們的組合地層.

3)地質(zhì)構(gòu)造.地質(zhì)構(gòu)造因素主要考慮發(fā)震斷裂帶的影響距離，按距離斷層帶的距離劃分為5 個等級:0 ～200 m，200 ～500 m，500 ～1 000 m，1 000 ～2 000 m，2 000 m 以上.

4)人類活動.人類活動是地質(zhì)災(zāi)害的重要誘發(fā)因素.在研究區(qū)按距離公路和開采點的距離劃分為5 個等級:0 ～50 m，50 ～100 m，100 ～300 m，300 ～800 m，800 m 以上.縣城及周邊的公路填挖量小，不考慮其影響.

5)降雨.降雨對地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育有重要影響.根據(jù)搜集到的降雨資料，繪制了降雨等值線圖.將降雨量劃分為5 個等級:800 mm 以下，800 ～900 mm，900 ～1 000 mm，1 000 ～1 200 mm，1 200 mm 以上.

6)歷史災(zāi)害點密度(不良地質(zhì)現(xiàn)象).根據(jù)調(diào)查的研究區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害點，按密度(個/km2)劃分為5個等級:0 ～0.5，0.5 ～2，2 ～4.5，4.5 ～6，6 ～7.5.

3.2 基于層次分析法的指標賦值

由于各指標對研究目標的影響不同，所以確定各指標的影響大小是工程地質(zhì)分區(qū)中的一個重要環(huán)節(jié).層次分析法(AHP)是一種將定性與定量相結(jié)合來確定各評價因子的合理權(quán)重的方法，具有層次性、系統(tǒng)性、代表性等特點.一般包括3 個步驟:①決策者對構(gòu)成一個復(fù)雜問題的所有要素進行層次分解.②對這些要素在考慮它們之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上按規(guī)定給予一定的數(shù)值.③通過求解這些數(shù)值構(gòu)成的矩陣得到因子權(quán)重.最后要進行一致性檢驗，當隨機一致性比率CR ＜0.1 時，一致性滿意;反之就需調(diào)整判斷矩陣，直到滿意.

巧家縣城及后山工程地質(zhì)分區(qū)評價指標的取值如表1 所示.

3.3 利用ArcGIS 空間分析功能進行疊加計算

首先，將研究區(qū)域劃分為10 m ×10 m 的柵格，對每個評價指標建立相應(yīng)的柵格圖層，每一個圖層中的每個柵格都獲得該指標相應(yīng)的權(quán)值，利用Arc-GIS 的空間分析功能，對各圖層進行柵格疊加運算，計算后每一個柵格得到一個值，該值為所有評價指標在該柵格處的加權(quán)平均值，通過加權(quán)平均值的比較來實現(xiàn)對每一個柵格的評價.柵格代數(shù)計算的公式為，

式中，S 為柵格加權(quán)總和值;pi第i 個指標(第i 層圖像柵格)的權(quán)重;ωij為第i 個指標第j 分項的權(quán)重.

表1 巧家縣城及后山工程地質(zhì)分區(qū)評價指標權(quán)重

3.4 計算結(jié)果及分區(qū)評價

經(jīng)過計算，最后的到的柵格值的范圍為0.275～0.95，按自然間斷點法將其重新劃分為4 類，并相應(yīng)賦予其工程地質(zhì)評價等級:＜0.6，工程地質(zhì)條件極差;0.6 ～0.7，工程地質(zhì)條件差;0.7 ～0.825，工程地質(zhì)條件一般;0.825 ～0.95，工程地質(zhì)條件好.工程地質(zhì)條件分區(qū)評價結(jié)果如表2、圖1 所示.

表2 工程地質(zhì)條件分區(qū)評價結(jié)果

1)工程地質(zhì)條件好區(qū).主要分布于過境路以東至江邊的區(qū)域，以及野鴨塘，邱家灣子等地，占整個研究區(qū)域面積的19.5%.該區(qū)域適合人類生活居住，工業(yè)建設(shè).

2)工程地質(zhì)一般區(qū).主要分布在縣城國境路以西至大坪、旱谷地、唐家山、黃葛村等地，占整個研究區(qū)域面積的31.6%，該區(qū)域比較適合人類生活居住，局部地區(qū)適合工業(yè)建設(shè).

3)工程地質(zhì)差區(qū).主要分布于水碾河溝，石灰窯溝流域，以及古滑坡體上地勢陡峻的地方，占整個研究區(qū)域面積的30.4%.該區(qū)域不適合人類居住和工業(yè)建設(shè)，建議加強環(huán)境保護.

4)工程地質(zhì)極差區(qū).主要分布于古滑坡后緣及其周界，白泥溝、黑泥溝溝流域，葫蘆口以北的金沙江岸坡，山區(qū)公路及采石場，采礦點臨近區(qū)域，占整個研究區(qū)域面積的18.5%.該區(qū)域不適合人類居住和工業(yè)建設(shè)，建議加強對災(zāi)害的監(jiān)測和治理，加強環(huán)境保護.

圖1 工程地質(zhì)條件分區(qū)評價圖

4 結(jié) 語

由于獨特的地質(zhì)環(huán)境和水文條件，巧家縣城及后山斜坡地質(zhì)災(zāi)害具有獨特的發(fā)育特點，主要體現(xiàn)為:滑坡和不穩(wěn)定斜坡主要分布在陡緩交界的第四系殘坡積、崩坡積層中，表現(xiàn)為推移式;崩塌主要受2 ～3 組不理結(jié)構(gòu)面的控制，表現(xiàn)為滑塌式和墜落式;泥石流不發(fā)育.巧家縣城及后山斜坡地質(zhì)災(zāi)害的分布上受坡度、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造(發(fā)震斷裂帶)、降雨，人類工程活動等因素的影響，其中主要影響因素為人類工程活動、坡度、地質(zhì)構(gòu)造(距發(fā)震斷裂帶距離).同時，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育分布規(guī)律的總結(jié)，本研究據(jù)此提出了研究區(qū)域的工程地質(zhì)分區(qū)評價及場地適用性建議.

［1］張登雄.巧家縣實施陡坡地生態(tài)治理的必要性和建設(shè)構(gòu)思［J］.吉林農(nóng)業(yè)，2013，24(3):194－196.

［2］李仁華.云南省巧家縣白泥溝泥石流綜合治理工程［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，1994，19(1):69－72.

［3］沙斌.淺談?wù)淹ㄊ斜阑刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征與分布規(guī)律［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，20(1):87－89.

［4］王治華.特大規(guī)?；逻b感調(diào)查——巧家縣城滑坡［J］.環(huán)境遙感，1996，11(4):280－284.