李永軍

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

?

吐魯番市葡萄溝景區(qū)崩塌災(zāi)害發(fā)育特征及形成機(jī)制研究

李永軍

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

在查明研究區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害基本地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)內(nèi)巖質(zhì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征進(jìn)行了總結(jié)和分析，并對(duì)區(qū)內(nèi)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：研究區(qū)位于火焰山南麓，地勢(shì)北高南低，地貌類型為構(gòu)造剝蝕低山及河谷平原；研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育有崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)29處，均為巖質(zhì)崩塌；研究區(qū)內(nèi)崩塌危巖體主要受坡體卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙控制，隨著人類活動(dòng)的不斷加劇將對(duì)危巖體的影響日益加重。

葡萄溝景區(qū)；崩塌；發(fā)育特征；形成機(jī)制；發(fā)展趨勢(shì)

葡萄溝景區(qū)位于吐魯番市北東的葡萄溝東西兩側(cè)斜坡，行政區(qū)劃隸屬吐魯番市管轄，是著名的國(guó)家5A級(jí)景區(qū)，南距吐魯番市7 km，西距烏魯木齊市184 km。葡萄溝景區(qū)大門緊鄰312國(guó)道，通過312國(guó)道可達(dá)全國(guó)各地，另有旅游區(qū)專用道路Z474線穿越防治區(qū)，交通方便。崩塌、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生對(duì)當(dāng)?shù)鼐用衽c道路構(gòu)成了一定威脅。因此，本文在對(duì)研究區(qū)崩塌災(zāi)害野外實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合并參考相關(guān)研究成果[1-5]，對(duì)研究區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的地質(zhì)環(huán)境和發(fā)育特征進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，并對(duì)區(qū)內(nèi)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，可以為崩塌治理工程可研提供必要的地質(zhì)資料，進(jìn)而保障景區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境分析

1.1 氣象水文

根據(jù)吐魯番市氣象站多年觀測(cè)資料，吐魯番市氣候異常燥熱，日照充足，熱量豐富。全年無霜期長(zhǎng)達(dá)270 d，日照時(shí)數(shù)達(dá)3 054 h以上，全年積溫達(dá)5 500℃以上。年降水量在10～16 mm，盆地最低處的艾丁湖年降水量?jī)H有7.8 mm或無降水。吐魯番市6-8月平均氣溫為25℃～35℃，極端最高氣溫達(dá)48℃以上，地面直射最高溫度為76.6℃，沙丘表面最高溫度達(dá)82.3℃。吐魯番市降水量雖然不大，但卻很集中，常形成時(shí)間短、強(qiáng)度大的降水(暴雨)。

研究區(qū)內(nèi)主要水系為葡萄溝河，葡萄溝河是天山水系地表水入滲后流至火焰山溢出成泉形成的河流。此外，在葡萄溝的東側(cè)陡崖下部有千淚泉分布，千淚泉水出露于早更新世礫巖中，為下降泉，呈滲漏滴落式產(chǎn)出，現(xiàn)泉水和葡萄溝河水匯流下游已修建引水渠，進(jìn)行水利發(fā)電和灌溉葡萄園和果園。修建的引水渠位于危巖體下端，受到崩塌危巖體的威脅。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于火焰山南麓?；鹧嫔匠式鼥|西向橫貫于吐魯番盆地中部，在地貌上將盆地分為南北兩部分。研究區(qū)總地勢(shì)北高南低，地貌類型為構(gòu)造剝蝕低山及河谷平原。

1.2.1 構(gòu)造剝蝕低山

分布于葡萄溝兩側(cè)的火焰山區(qū)，呈NWW-SEE向延伸。在研究區(qū)內(nèi)海拔高度略大于300 m，相對(duì)高差大于100 m，風(fēng)化剝蝕作用強(qiáng)烈，山頂呈渾圓狀，山脊較平緩，山體坡度南側(cè)陡，北側(cè)緩。山體被葡萄溝溝谷橫向切割，山谷內(nèi)山體奇峻，地形起伏變化較大，地形坡度多在55°左右變化。地層巖性以坡積碎石土為主，下覆下更新統(tǒng)礫巖。研究區(qū)內(nèi)的危巖體、滑坡均分布在該地貌單元中。

1.2.2 河谷平原

分布于研究區(qū)葡萄溝北側(cè)溝口至南側(cè)出山口地段，河谷平原地勢(shì)北高南低，由葡萄溝口向南南西傾斜，地面坡降在葡萄溝口附近可達(dá)25‰以上，在研究區(qū)內(nèi)地形坡降在22‰，出研究區(qū)后向南有所減小，坡降在12‰左右。由于河谷內(nèi)人類工程活動(dòng)密集，目前河谷兩側(cè)階地基本已被人為改造為耕地、園地或住宅用地。

1.3 地層巖性

研究區(qū)及附近區(qū)域出露的地層主要為第四系下更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。從老至新分述如下：

1.3.1 第四系下更新統(tǒng)

分布于防治區(qū)東西兩側(cè)第一斜坡帶危巖體(帶)上，其中Ⅰ-Ⅴ號(hào)重點(diǎn)勘查區(qū)危巖體(帶)上均有出露，組成巖性為灰色巨厚的礫巖層，鈣質(zhì)膠結(jié)，夾有細(xì)礫巖、礫狀砂巖及砂質(zhì)泥巖的透鏡體為主，巖層產(chǎn)狀為340°～351°∠1°～5°。厚度大于50 m，下伏第三系泥巖、砂巖。

1.3.2 第四系全新統(tǒng)

包括全新統(tǒng)坡積層和全新統(tǒng)沖積洪積層。其中全新統(tǒng)坡積層分布在防治區(qū)葡萄溝東西兩側(cè)第一斜坡帶山坡上及坡腳處，巖性為坡積碎石土，厚度1.5～3.5 m，該層直接覆蓋在下更新統(tǒng)礫巖層之上。全新統(tǒng)沖積洪積層呈條帶狀分布于葡萄溝現(xiàn)代河床中，巖性為單一圓礫或卵石，局部夾有細(xì)砂透鏡體。此外，研究區(qū)葡萄溝東西兩側(cè)第一斜坡帶坡腳處，由于人類工程活動(dòng)相對(duì)密集，防治區(qū)部分地段存在素填土、雜填土。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上，主要包括火焰山逆斷裂褶皺帶(火焰山背斜)、火焰山山前坳陷以及吐魯番大斷裂，對(duì)研究區(qū)及附近的地形地貌特征和地層巖性分布狀況起到了控制作用。此外，由于吐魯番盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，屬地殼基本穩(wěn)定區(qū)，許多斷層呈現(xiàn)繼承性長(zhǎng)期活動(dòng)，導(dǎo)致盆地內(nèi)及周邊地區(qū)地震頻率高，活動(dòng)強(qiáng)度大。根據(jù)新疆地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃劃分結(jié)果，吐魯番市葡萄溝處在地震動(dòng)峰值加速度0.10 g范圍內(nèi)，地震基本烈度相當(dāng)于Ⅶ度。

1.5 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)及附近分布的地下水類型主要包括松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙孔隙水兩大類。

1.5.1 松散巖類孔隙水

分布于葡萄溝河谷內(nèi)及葡萄溝出山口以南的山前傾斜平原地區(qū)，為單一結(jié)構(gòu)孔隙潛水。含水層巖性為砂礫石和中粗砂，厚度在葡萄溝河床中大于10 m，河谷兩側(cè)階地為透水不含水層，在山前傾斜平原區(qū)達(dá)100 m以上。在葡萄溝河床中地下水埋藏相對(duì)較淺，根據(jù)現(xiàn)有探井揭露水位埋深一般10 m左右，地下水與河水關(guān)系密切，相互轉(zhuǎn)化。地下水補(bǔ)給來源主要是上游河床潛流及兩側(cè)山區(qū)碎屑巖類裂隙孔隙水的側(cè)向補(bǔ)給。地下水接受補(bǔ)給后沿河床沖積洪積層大體由北向南徑流。其排泄方式主要是通過地下徑流向下游側(cè)向排泄，其次為人工開采和低水位期向河床排泄。地下水水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Na型水，水質(zhì)較好，礦化度小于0.5 g/L左右。

1.5.2 碎屑巖類裂隙孔隙水

主要分布于研究區(qū)下更新統(tǒng)礫巖下伏第三系砂巖、礫巖組成的基巖區(qū)。含水層巖性為砂巖和礫巖。該類地下水的補(bǔ)給來源主要是大氣降水入滲和上游地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。順層徑流，排泄方式主要為側(cè)向徑流和泉水溢出。在葡萄溝東岸坡腳發(fā)育有泉水，由于含水層富水性差，流量較小，呈片狀滲出，水質(zhì)一般較差。坡腳發(fā)育的泉水會(huì)加快危巖體坡腳巖體的軟化和分化，使危巖體向不穩(wěn)定發(fā)展。

1.6 人類工程活動(dòng)

根據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)條件，按照巖土體的組成巖性、結(jié)構(gòu)類型、巖石強(qiáng)度等，將防治區(qū)內(nèi)巖土體劃分為3個(gè)工程地質(zhì)巖組：

1.6.1 層狀軟弱的礫巖巖組

分布于研究區(qū)東西兩側(cè)陡崖及人工削坡處，巖性為砂礫石，呈膠結(jié)-半膠結(jié)狀態(tài)，密實(shí)，具半成巖性質(zhì)，為葡萄溝特殊地質(zhì)環(huán)境下形成的特殊地層，統(tǒng)稱該地層為礫巖。具有近水平層理，局部地段夾有細(xì)礫巖、礫狀砂巖及砂質(zhì)泥巖的透鏡體。根據(jù)?？眻?bào)告成果，礫巖的承載力特征值可達(dá)400～500 kPa。

1.6.2 碎石土單層土體

分布于防治區(qū)北部葡萄溝兩側(cè)火焰山山坡上，主要巖性為坡積碎石土，地層厚度1～3 m不等，結(jié)構(gòu)較為松散，具順坡向?qū)永?。下伏地層為巨厚礫巖。根據(jù)?？眻?bào)告，其承載力特征值也可達(dá)200～300 kPa。

1.6.3 粉土和砂礫石雙層土體

主要分布于葡萄溝河河床兩側(cè)階地上，巖性為沖洪積粉土和砂礫石，具二元結(jié)構(gòu)，表層粉土厚度薄，一般在1 m左右，松散，下部砂礫石，密實(shí)。該地層承載力特征值一般為100～350 kPa。

2 研究區(qū)崩塌發(fā)育特征分析

研究區(qū)內(nèi)共存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)29處，其中10處對(duì)防治區(qū)不構(gòu)成直接威脅，另外19處崩塌危巖體(帶)均已發(fā)生過或存在成災(zāi)趨勢(shì)，主要分布于葡萄溝東側(cè)一帶，將其依次命名為WY01-WY19(危巖帶中各崩塌點(diǎn)采用形如WY08-1的命名方式)。

研究區(qū)的崩塌災(zāi)害為巖質(zhì)崩塌，主要發(fā)生在葡萄溝東西兩側(cè)陡崖上。如前所述，2處分布在西側(cè)防治區(qū)民房旁陡崖處，17處分布在葡萄溝東側(cè)的旅游設(shè)施及水利渠道旁陡崖處。

(1)西側(cè)陡崖崖頂?shù)孛娓叱?60～275 m，崖腳地面高程252～260.3 m，陡崖高度8～14.7 m。該處分布2處崩塌危巖體，WY01、WY02如圖1所示，危巖體歷史時(shí)期內(nèi)均發(fā)生過小規(guī)模崩塌。崩塌危巖體對(duì)旅游區(qū)內(nèi)的民房設(shè)施及住戶安全構(gòu)成一定威脅。

(2)東側(cè)陡崖崖頂?shù)孛娓叱?34～310 m，崖腳地面高程225～255 m，陡崖高度9～65 m。該處分布17處崩塌危巖體(帶)，其中9處為崩塌危巖體，8處為崩塌危巖帶，歷史時(shí)期內(nèi)均發(fā)生過崩塌，為小型崩塌危巖體(帶)，但未造成人員傷亡。崩塌危巖體(帶)對(duì)坡腳水利渠道、旅游基礎(chǔ)設(shè)施安全構(gòu)成威脅，如圖2所示。除上述東西兩側(cè)陡崖危巖體外，葡萄溝東西兩側(cè)及南端還存在10處規(guī)模較小的崩塌危巖體，由于其對(duì)旅游區(qū)不構(gòu)成直接威脅或威脅較小，因此本次防治工程設(shè)計(jì)不對(duì)其進(jìn)行考慮。

圖1 WY01、WY02危巖體 圖2 威脅旅游設(shè)施危巖體

3 研究區(qū)崩塌形成機(jī)制分析

3.1 形成機(jī)制分析

研究區(qū)內(nèi)崩塌危巖體巖性為第四紀(jì)下更新世灰色巨厚層狀的礫巖層，鈣質(zhì)膠結(jié)，夾有細(xì)礫巖、礫狀砂巖及砂質(zhì)泥巖的透鏡體，巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，呈土石林狀，在構(gòu)成葡萄溝獨(dú)特景觀的同時(shí)也形成了其特有成災(zāi)形式。受坡體卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙控制，礫巖巖層形成了相對(duì)獨(dú)立的土柱形態(tài)；隨著降雨、風(fēng)蝕作用的持續(xù)性影響，礫巖巖層裂隙逐漸擴(kuò)展、貫通，形成了傾倒、墜落式崩塌危巖體。卸荷裂隙縫寬一般在3～15 cm，發(fā)育深度在3～5 m之間，止于下部膠結(jié)礫巖界面處。在危巖體臨空面處，一般發(fā)育1-2組與臨空面斜交或近于垂直的陡傾張性風(fēng)化裂縫，這些風(fēng)化裂隙初始狀態(tài)表現(xiàn)為在重力作用下形成的小的拉張裂隙，隨著雨水入滲淋濾、凍融循環(huán)作用下逐步發(fā)展到現(xiàn)在的風(fēng)化裂隙，將危巖體分割成板狀、柱狀、長(zhǎng)條狀的規(guī)模較大的危巖塊體，在降水入滲、凍脹、地震作用的影響下，易發(fā)生崩塌破壞。

崩塌體發(fā)育的葡萄溝東西兩側(cè)地段大部分斜坡屬于近水平巖層斜坡類型。該種斜坡類型為危巖體形成傾倒式、墜落式、滑移式的巖質(zhì)崩塌創(chuàng)造了條件。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)分析

根據(jù)專勘報(bào)告與相關(guān)資料研究成果表明，風(fēng)蝕損耗是造成包括葡萄溝在內(nèi)的許多新疆境內(nèi)礫巖地層崩塌失穩(wěn)的主要因素之一。吐魯番盆地春季多風(fēng)，且以西北風(fēng)為主，最大風(fēng)速可達(dá)40 m/s以上。根據(jù)吐魯番40 a(1951年～1991年)的氣象資料統(tǒng)計(jì)表明，8～10級(jí)大風(fēng)年平均為36.2 d，沙塵暴年平均為11.2 d，大風(fēng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為8 d，平均每天刮8.35 h。由此可見，崩塌危巖體在持續(xù)的風(fēng)力掏蝕的作用下，將朝著不穩(wěn)定體的方向發(fā)展。

此外，隨著葡萄溝景區(qū)游客數(shù)量的增加，人類沿坡腳修筑各類旅游設(shè)施和建(構(gòu))筑物將不斷增多，人類活動(dòng)對(duì)危巖體的影響日益加重，震動(dòng)荷載、人為破壞等均成為崩塌危巖體朝不穩(wěn)定方向發(fā)展的誘發(fā)因素。

4 結(jié)語

(1)研究區(qū)位于火焰山南麓?；鹧嫔匠式鼥|西向橫貫于吐魯番盆地中部，在地貌上將盆地分為南北兩部分。研究區(qū)總地勢(shì)北高南低，地貌類型為構(gòu)造剝蝕低山及河谷平原。

(2)研究區(qū)內(nèi)共存在崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)29處，均為巖質(zhì)崩塌，其中10處對(duì)防治區(qū)不構(gòu)成直接威脅，另外19處崩塌危巖體(帶)均已發(fā)生過或存在成災(zāi)趨勢(shì)，主要分布于葡萄溝東側(cè)一帶。

(3)研究區(qū)內(nèi)崩塌危巖體巖性為第四紀(jì)下更新世灰色巨厚層狀的礫巖層，鈣質(zhì)膠結(jié)，夾有細(xì)礫巖、礫狀砂巖及砂質(zhì)泥巖的透鏡體，巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，主要受坡體卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙控制。隨著人類活動(dòng)的不斷加劇將對(duì)危巖體的影響日益加重。

[1]葉萬軍, 馬偉超, 楊更社,等. 楔形體黃土崩塌的穩(wěn)定性分析方法[J].煤田地質(zhì)與勘探.2015.43(5):61-64.

[2]葛莎, 劉之葵, 高伊航,等. 重慶北碚區(qū)浸口滑坡形成機(jī)制和穩(wěn)定性分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版.2015.(4):934-942.

[3]余會(huì)明, 安海堂, 張衛(wèi)強(qiáng). 崩塌危巖體穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)及防治對(duì)策[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù).2016.27(3):35-40.

[4]謝輝, 喻可忠. 長(zhǎng)江干堤護(hù)岸工程施工影響岸坡穩(wěn)定因素分析[J].人民長(zhǎng)江.2006.37(9):93-94.

[5]冉冉, 劉艷鋒. 利用BSTEM模型分析庫(kù)岸邊坡形態(tài)對(duì)其穩(wěn)定性的影響[J].地下水.2011.33(2):162-165.

2017-08-14

李永軍(1982-)，男，貴州岑鞏人，工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)方面工作。

P642.21

B

1004-1184(2017)03-0224-02