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天水“7·25”群发性地质灾害特点与形成原因(2)

来源:学术堂 作者:韩老师
发布于:2015-12-11 共6801字

  3 成灾特征

  通过对本次群发性地质灾害的调查,可以总结1塞湖链式特征。

  3. 1 滑坡 - 泥石流链式特征

  “7·25”群发性地质灾害与多数单体地质灾害特征有很大不同,代之以高密度浅层土质崩塌、滑坡、碎屑流和沟谷型泥石流叠加的灾害链特征。

  本次发生泥石流的沟谷多数为短浅的沟谷,泥石流松散物质来源主要是降雨激发的滑坡、崩塌等转化而来。典型的如麦积镇、娘娘坝一带的黄土 -泥岩二元结构斜坡多形成顺向坡,饱水的表层土体形成的坡面型泥石流和群发性的浅层土质崩塌、滑坡( 图 3) ,直接汇集于沟谷顺沟而下形成泥石流。

  马跑泉一带的大庄沟泥流具有典型性。该沟流域面积 0. 45 km2,沟道呈上陡下缓的折线型,形态为“V”型,纵坡降 177‰; 沟道中、下游段较为开阔,沟谷宽度 20 ~70 m,沟口两侧为大沟村所在地。2013 -07- 24 晚,强降雨导致大沟村南部的沟道内发生滑坡并转化为泥流顺沟而下,泥流堆积物一直从沟口延伸至大沟村村庄中部,堆积体纵向长约 700 m,横宽20 ~ 70 m,堆积物厚度 2 ~ 10 m,堆积物体积约为 20× 104m3.此次泥流直接将村委会( 三层楼) 楼房向前推挤超过 70 m,并摧毁 10 户村民房屋及 100 m村道。由于预警及时使人员迅速转移,未造成人员伤亡( 图 4) .

  3. 2 滑坡 - 堰塞湖链式灾害特征

  本次强降水引起的滑坡造成了毛峪河、五龙沟等多条沟谷形成堰塞湖,形成滑坡 - 堰塞湖链式灾害,典型的如伯阳镇榆树村滑坡 - 堰塞湖。滑坡的发生和降水并不同步,略有滞后性。

  榆树村滑坡发生于 2013 -07 -29T10: 40,滑坡堆积体堵塞毛峪河形成堰塞湖。滑坡属于老滑坡复活,为黄土 - 泥岩滑坡,主滑方向 76°,滑坡的坡体高约 450 m,平均坡度 60°。平面呈簸箕形,坡面呈不规则状。滑坡后缘宽约 100 m,前缘宽约 190 m,长约 200 m,厚约 50 m,体积约 135 ×104m3,属大型滑坡。由于滑体主轴前缘岩性以泥质砂岩为主,完整性相对较好,滑体下滑时泥质砂岩下滑至沟底基本呈整体块状,上覆土层下滑受阻,分向南北两侧,其中北侧滑坡堆积体以黄土为主,压埋河道和东侧道路,堆积体高出路面约 7 m.南侧堆积体高出路面约2. 5 m,形成两道天然“土坝”.其中第一道“土坝”以上水体长约 1 000 m,水面平均宽度约 30 m( 沟谷呈“V”字形) ,河道平均宽度约 16 m,水位最高处抬升约 14 m,估计总水量约 35 × 104m3,对下游的韩河村、下河村 406 户村民,2 082 人的生命及财产安全形成严重威胁( 图 5) .

  4 灾害成因

  结合天水“7·25”群发性地质灾害特点,主要从降水、地震、地层岩性及地形条件等方面分析灾害的成因。

  4. 1 降雨

  降雨诱发地质灾害的过程中,主要表现在前期降雨、当期降雨强度和降雨量等因素[13],强降雨成为地质灾害链成灾演化的关键控制因素[14].天水市“7·25”降水特征主要表现前期降水丰富、当期降水强度大等,是本次群发性灾害的主要促发因素,并加速了灾害链演化。

  4. 1. 1 前期降水日数多、持续时间长根据气象资料统计,2013 - 06 - 19-2013 - 07- 26 期间,天水市各县( 区) 经历 4 次强降雨,降雨量为 199. 1 ~423. 5 mm( 表 1) .天水自 6 月 20 日以来降水日数为 24 ~ 26d,降水日数较往年同期多10 ~ 15 d.7 月以来,天水秦州区降水量是常年同期的 3. 4 倍; 其他县区则在 2. 2 倍以上。连续降水使得浅表层土体接近饱和、岩体裂隙充水,导致斜坡大部分地方土壤相对湿度超过 70%,南部白家河流域土壤相对湿度在 90%以上,使得岩土体抗剪强度显着降低,对于浅层堆积层及裂隙发育的黄土斜坡稳定极为不利; 同时高含水土壤也使泥石流的汇水更为迅速。

  4. 1. 2 暴雨落区集中、强度大、反复作用2013 年 6-7 月的 4 次区域性暴雨的落区和路径基本一致,均处于天水市东南部的秦州、麦积、张家川、清水 4 个区( 县) .

  6 月 20 日最大小时降水量出现在秦州区李子园,1 h 降水量达 65 mm( 20 日 04 时-05 时) ,2 h降水量达 115 mm.此次强降水共引发 95 处地质灾害,其中泥石流 17 处,滑坡 65 处,崩塌 9 处,不稳定斜坡 4 处。秦州区白家河流域、麦积区颍川河、东柯河、毛峪河流域是灾害最为严重的区域,出现了群发性的、密集分布的泥石流、滑坡、崩塌等灾害。

  7 月 8 日的强降水再次袭击了这一地区,在部分地方引发了地质灾害,数量达 46 处,其中泥石流13 处,滑坡 24 处,崩塌 6 处,不稳定斜坡 3 处。

  7 月 21 日的强降水虽然未形成大的灾害,却加大了土壤含水量,使得土壤持续处于近饱和状态。7月 24-26 日夜间天水出现强降水天气,秦州区钱家坝 24 h 最大降水量为 152. 2 mm,1 h 最大降水量为48. 4 mm,最终导致形成了比 6 月 20 日、7 月 8 日范围更广、危害更大的群发性的滑坡、崩塌 - 泥石流灾害及滑坡 - 堰塞湖等灾害链[15],其中娘娘坝一带的群发性滑坡、泥石流造成 22 人死亡。

  对比该地区以往地质灾害资料,1965 年罗玉沟泥石流,降雨量为 90 ~100 mm,历时 8 h 时,1 h 最大雨强为 57. 3 mm; 天水伯阳 1978 年菜子沟泥石流,2 h 小时雨量为 105 mm,1 h 最大雨强为 60mm[3]; 1990 年锻压 机 床 厂 滑 坡,日 降 水 量 113mm[1].可以看出,钱家坝 16 h 降水量 152. 2 mm,已超过历次灾害的降水强度。据李鸿琏研究[4],当前期降水量丰富,当日降水量达到 50 ~60 mm,天水地区即可引发滑坡; 当小时降水量超过35 mm 即可引发泥石流,超过 40 mm 可形成灾害性泥石流[3].

  可以说,“7·25”群发性地质灾害的发生是既具备了前期降水条件,也具备了降水强度。

  4. 2 地震

  天水市及外围断裂、褶皱均很发育,尤其是晚第四纪以来断裂活动显着,地震活动频繁,是我国主要的地震区之一[16].研究区处于我国南北地震带与天水 - 兰州东西两大地震带交汇部位,历史上是高烈度地震多发区。例如 1654 年天水南 8 级地震,震中烈度达 XI 度,引发了大范围的滑坡。2008 年“5·12”汶川地震在研究区的烈度为 VI ~ VII 度,特别是南部属于 VII 度区,一定程度上导致山体松动,岩层破碎,短期内很难达到平衡,因此在降水叠加条件下势必引发大量的滑坡。强震过后,地震灾区滑坡、泥石流等地质灾害显着增强是一个具有普遍性的现象[16].

  4. 3 地层岩性

  地层岩性是地质灾害发育的物质基础,对灾害的影响主要表现在易滑岩土及其斜坡组合结构特征上。区内易滑动的岩层组合主要有黄土 - 基岩、松散层 - 基岩两种结构。这两种易滑岩层组合结构的共同特点,是斜坡往往由岩土形成二元结构的顺向斜坡,上部黄土或堆积层松散、节理裂缝发育,下部的有一个相对隔水的底板,上覆的黄土或残坡积土在其上滑动。黄土中的垂直节理是黄土崩塌形成的主要结构因素; 在南部基岩地区,残坡积层由于树木根系的劈裂作用,而形成导水裂隙或孔洞; 新近系( N) 泥岩、古近系( E) 砂砾岩、白垩系( K) 砾岩则形成相对隔水层。坡度 >60°,晚更新世黄土( Qeol3) 厚度在 8 m 以上的陡崖,在降雨条件下容易发生黄土崩塌。坡度 >25°,由黄土、残坡积层和基岩组成的顺向斜坡,在强降雨条件下,容易发生浅层黄土滑坡、堆积层滑坡和坡面型泥流。

  4. 4 地形

  坡度和坡高是滑坡、崩塌发生的重要因素,理论上讲,坡度越大,坡高越高,地质灾害发生的概率越大。天水市发生滑坡的斜坡坡高和坡度的统计结果如图 6.坡度 10° ~ 30°,坡高 150 ~ 300 m 的斜坡,是发生黄土滑坡的优势斜坡。

  坡度 > 60°,坡高在 10 ~ 30 m 的斜坡前缘陡崖,是崩塌发生的优势坡段; 在有人工开挖坡脚或加载条件下,发生的概率显着增加。娘娘坝一带地形属嘉陵江上游基岩山地,地形陡峻,切割强烈,由于沿河谷人为修路、建房切坡,导致形成的人工陡坡,在暴雨激发下发生很多小型崩塌。

  河流和沟谷地貌的演化阶段或发育程度对斜坡的变形特征、破坏模式以及地质灾害的规模和致灾程度具有明显的控制作用。天水市境内沟谷发育,多数为狭窄的冲沟或干沟,以“V”型谷居多,沟床比降集中在 50‰ ~150‰。通过对泥石流沟谷的沟坡坡度频数统计,并结合野外调查分析,最有利于提供泥石流固体物质的沟坡坡度为 25° ~45°,固体物质补给方式主要以沟蚀、面蚀为主,其次为崩塌、滑坡等提供的松散物。当强降水作用下洪水挟带黄土崩塌、坡面泥流汇集于沟谷中,易转化为泥石流,泥石流在流动过程中冲蚀沟谷岸坡或滑坡坡脚,导致沟岸产生新的滑坡或老滑坡复活,转化为物源使泥石流流量增大形成更大的灾害。有时泥石流侵蚀沟岸形成大规模的滑坡,导致沟谷堵塞形成堰塞湖[18],形成滑坡 - 泥石流灾害链,如榆树沟滑坡。

  天水南部地区属小陇山林区,植被茂密,沟谷多属“V”型谷,纵坡降在 40‰ ~ 200‰,历史上观测到的滑坡、泥石流现象较少。本次由于残坡积土在强降水作用下形成饱和土滑坡,连同坡体上的树木一起滑入沟道,堵塞沟道形成堰塞湖,堰塞体溃决形成了泥石流,有的沟道甚至形成了流木。这些现象说明地形对滑坡、泥石流的形成是最基本的条件。植被对滑坡的影响主要表现在根劈作用在岩( 土) 层中形成大孔隙或裂隙,形成有利于地下水入渗的优势通道[19],从而影响斜坡的稳定性。

  5 结论

  “7·25”群发性地质灾害是天水市近年来最严重的灾害事件,研究表明:

  1. 地质灾害在空间分布上具有不均匀性、流域集中性、群发性特征,且和降雨的落区基本一致,明显受到降雨分布的控制。

  2. 地质灾害成灾特点具有显着的崩塌、滑坡 -泥石流链式、滑坡 - 堰塞湖链式特征,加重了灾情。

  3. 极端降水是地质灾害的主要促发因素,表现在前期降水丰富、持续时间长,当期降雨强度大等。

  另外,“5·12”地震对地质灾害的形成有一定的影响,地形与岩土条件是群发性地质灾害形成的物质基础。

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