1、潜在滑坡最危险滑动面的确定
对于已发生的滑坡,通过工程地质勘察确定滑动面,并利用以上方法可以计算其稳定系数。但是许多潜在滑坡还没有形成贯通的滑动面,需要在理论上找到一个最危险的滑动面,也就是在一系列可能的滑动面中找到稳定系数最小的面,基于圆弧形滑面的前提下,给出一种最危险滑动面的搜索算法。
如图6-3所示,首先假定滑动面与地面线的交点A(xA,zA)、B(xB,zB),B为剪出口,A在坡顶;有拉裂缝时,A在裂缝底端。过A点作铅垂线AE',实际情况下,滑动面圆弧不可能凹进铅垂线AE'左侧,故过A点和B点并与AE'线相切的弧AEB为滑动面圆弧的下限位置;当切线AE'向右移动靠向B点时,与其相切的圆弧将与坡面上的某一个下凹点(如C点)首先相接,此时由A点,B点和C点可确定一个圆ACB,ACB为滑动面圆弧的上限位置。滑动面圆弧ATB位于上限圆弧和下限圆弧之间。过A点作圆弧ACB的切线AC'交x轴于C',C'的横坐标为xc;过A点作圆弧ATB的切线AT'交x轴于T',T'的横坐标为xt,过A点、B点和以AT'为切线可以唯一确定一个圆弧ATB。其中xt在区间(xA,xC)上取值。由此圆弧ATB可以表示成A、B点的坐标和xt的函数,若认为AB点固定,则该圆弧滑动面的稳定系数为xt的一元函数k(xt)。
图6-3 最危险滑动面搜索图解
这里还需注意xt的上限xC的取值,应保证圆弧不与坡面线相交,否则会导致求解错误。
根据xt的意义,xt∈(xA,xC),在该区间上,给定一个xt,对应一个滑弧。
当斜坡坡形一定时,圆弧面的圆心坐标和半径均为参数xt的函数,根据几何关系容易导出:
黄土滑坡勘测技术与评价方法
滑动面半径为:
黄土滑坡勘测技术与评价方法
则滑动面的方程可以表示为:
黄土滑坡勘测技术与评价方法
将式6-55~式6-58代入计算稳定系数的相关公式中,获得关于xt、剪出口横坐标xb和后缘点横坐标xa与稳定系数k之间的关系。这样利用黄金分割法逐步变换这三个控制量,通过三重循环逼近即可得到这三个量相对应的稳定系数的极值,求出其中的最小值,就是边坡的稳定系数,同时求得相应的最危险潜在滑动面的参数:圆心坐标(xO,zO),半径R,以及剪出口坐标(xB,zB)和后缘点坐标(xA,zA)。
在编程计算中采用了0.618法,即黄金分割法求极小值。
2、滑坡灾害危险性的识别
滑坡灾害危险性识别的总体目标是,确定潜在威胁作用的物理性质(是阶段性还是持续性?是局部性还是区域性?)、运动类型、运动速度、运移距离和活动范围、威胁对象和可能造成的影响。危险性识别是风险管理的重要的基础步骤之一。灾害识别不仅需要了解威胁的物理性质,还要了解一定地点灾害可能发生的频率。
滑坡危险性识别调查通常包括两种尺度:场地尺度的单体滑坡和区域尺度的滑坡群体。对于前者,调查方法包括野外填图、土壤采样和试验、滑坡稳定性模拟;相比之下,后者缺少较为精确的方法,更多使用的是指示性方法,传统上使用滑坡的编目填图,新方法包括统计分析和基于过程的数学模型方法。采用什么样的方法取决于数据库精度和方法本身的应用条件。滑坡危险性最终要显示出空间分布,以推演的滑坡敏感性来表示。Turner和Schuster(1996)给出了不同评估类型的概述。
表1-3 各学科对滑坡灾害各险性评估的贡献
图1-3 INALIRIMD项目地质研究流程
在滑坡灾害危险性识别中,地质地貌方法起到关键作用。滑坡是一种地貌作用过程,它们的发生与其所处的地貌形态、物质、构造、水文、气象和植被条件紧密相关。通过深入研究已存在的滑坡与这些因素的关系,可以揭示出坡体由稳定状态向不稳定状态过渡的模式和临界条件,评估坡体未来稳定性程度以及滑坡的可能行为。使用地貌填图方法研究滑坡的关键是,通过一些地貌特征(如坡体形状、线性构造、沉积形态和结构等)识别出历史滑坡速度、年代、类型、范围和当今活动的证据(Crozier,1984)。过去滑坡条件可能因气象条件的变化、岩土工程和土地利用活动而发生了很大改变,而且,滑坡灾害事件本身也会改变其环境条件,所有这些变化对未来滑坡灾害的发生都会产生很大影响。因此,综合的地貌和岩土评估研究是制定可持续滑坡灾害管理方案所必不可少的。例如,Moore和McInnes(2002)在英格兰约克郡北部的海岸带不稳定的崖滩评估中,就使用了地貌方法,研究山坡系统与冲积海岸沉积系统之间的关系,获得了有关滑坡规模和频率、滑坡与海岸侵蚀和海岸线移动之间的关系、山坡滑动与海岸沉积物供给之间的关系以及其他与坡体稳定性保护有关的重要信息,这些信息对于制订海边山坡上的度假休闲资产的安全保护措施起到了关键作用。
在欧盟的IMIRILAND项目的架构中,对大型滑坡的危险性评估采用地质/地貌综合方法,考虑了潜在移动块体的形状:体积、面积、深度等,地貌条件,地质构造条件等,将中等尺度数据、宏观数据、区域模型和遥感数据互相联系起来(图3-1)。
滑坡危险度是坡体固有的稳定性程度(以斜坡安全系数表示)以及导致坡体滑动的孕灾环境因素状态的函数。识别孕灾环境因素是滑坡危险性评估的基础。这些因素可能是动态性因素(如坡体中孔隙水压力,而它又与降水入渗速度、植被覆盖密度、气象条件以及土地利用活动密切相关),还可能是被动性因素(如岩石构造、坡体陡度),还可能是触发因素(如地震)等。
(1)因子(参数)编图(factor mapping)。在区域稳定性评估的初始阶段采用该手段,用于识别滑坡孕灾因子(如岩石类型、坡度等)的空间分布状况,在滑坡存在地区,在随后的危险性评估中,孕灾因子编图可用于确定它们对于滑坡产生的相对重要性。Hansen(1984)、Moon等(1991)和Gee(1992)对该方法进行了详细的讨论。
(2)先例方法(precedence approach)。通过建立发生的滑坡特征与其环境条件(地貌、坡度、岩性、构造、气象、水文、植被、土地利用等)之间的关系,推测滑坡未来发生的临界条件及其可能的空间分布。在评估中应考虑历史滑坡的条件发生变化的情况,因为这些变化将会影响坡体的稳定性。
(3)安全系数法(factor of safety-FoS)。FoS是活化的剪切强度与剪切压力之比。滑坡失稳状态系数为1,系数越大(大于1)越稳定,其易损性越小。适用于场地尺度的滑坡分析。使用有限元方法进行的限制性压力均衡分析,可以较精确地确定坡体的稳定状态,为滑坡体治理提供关键信息。将限制性均衡分析与滑坡触发因子(孔隙水压力)结合起来,可以确定导致坡体失稳的临界孔隙水压力的可能性。
(4)物理模拟模型(physically based simulation models,CHASMTM)。该模型将坡体中非饱和水流和地下水流作为因子,用于确定整个坡体中孔隙水压力,适用于场地尺度滑坡的研究(Anderson等,1988)。
(5)确定性物理实验室模拟(Deterministic physical lab modelling)。许多研究试图在实验室中再造滑坡体野外环境,通过控制滑坡体行为,确定滑坡发生条件。这种方法已成功地应用于泥石流研究中(Tognaccca等,2000)。但这种方法因很难按比例再现野外滑坡环境,也很难反映地貌环境的动态变化。
3、地质灾害易发区划分与评价
一、易发程度区划的原则
地质灾害易发程度是指在一定的地质环境条件和人类工程活动影响条件下,地质灾害发生的可能性的难易程度。
1)地质灾害易发区划分结合地质灾害形成的地质环境条件、诱发因素(人类工程活动、降雨等)和灾害发育现状,以定性评价为基础,通过信息系统空间分析定量计算来确定。
2)评价单元的划分按照“区内相似和区际相异”的原则来确定,以地质灾害发育的地质环境条件差异确定评价单元。采用人工方法计算时,以乡镇行政区或村级行政区为基本单元。采用计算机网格剖分时,单元面积采用500m×500m。
3)地质灾害发育程度划分为四级:高易发区(Ⅰ)、中易发区(Ⅱ)、低易发区(Ⅲ)和不易发区(Ⅳ)四级。在划分过程中,根据实际调查情况,具体问题具体分析,尽可能便于乡镇政府开展防治工作。
二、工作思路和技术路线
地质灾害易发程度区划是地质灾害详细调查中的重要环节,地质灾害易发性区划图是地质灾害调查研究中最基础、最重要的图件之一。地质灾害的易发性区划研究主要是对地质灾害形成的内因进行分析,综合考虑工程地质条件、植被、长期的综合降雨等影响因素在地质灾害形成过程中的作用,基于GIS平台对其影响因素进行量化分析,同时考虑各个影响因素所占的权重,遵循一定的原则设计开发程序,从而生成最终的地质灾害易发性区划图。
在地质灾害野外调查资料及整理生成的地质灾害分布图、地质灾害调查测绘图、地质灾害详细调查实际材料图的基础上,通过对灵台县地质灾害详细调查数据综合分析,对研究区进行了剖分,对每个剖分网格中地质灾害的点密度、面密度和体密度进行了分级,确定其分级指数,调用开发软件确定每个网格的灾害性影响指数,采用袭扰系数法生成初步地质灾害易发性区划图,并利用地理信息系统软件ArcGIS和MapGIS6.7空间分析功能将地质灾害的各个影响因素图叠加到初步地质灾害易发性区划分级图中,绘制出该县的地质灾害易发性分区图。灵台县地质灾害易发性区划研究系统流程图如图6-1所示。
具体步骤为:首先将灵台县地质灾害分布图进行500m×500m网格剖分。其次对每个网格内地质灾害的个数、体密度、面密度采取不同的原则将每个网格的灾害易发性程度分为四级,生成初步的地质灾害易发性等值线图。然后对该县的地形地貌图、地层岩性图、降雨量分布图、地形坡度图、植被覆盖图分别采取相应标准分为四级,采取专家打分的方法确定其权重。最后叠加各个图层从而生成灵台县地质灾害易发性分区图,为灵台县地质灾害详细调查危险性区划和灵台县地质灾害防治区划等提供可靠的数据,同时为政府部门采取有效的措施进行统筹规划减灾防灾以及灾害治理提供了可靠的依据。
图6-1 地质灾害易发性区划研究系统流程图
三、基于GIS的地质灾害区划研究
首先在MapGIS6.7平台上,以灵台县地质灾害分布图为底图采用袭扰系数法生成初步的地质灾害易发性区划图,然后把该地区地质灾害的主要影响因素地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度及植被分布的各个图件按照不同的标准进行分级,采用专家打分的方法确定各个影响因素的权重,最后在MapGIS6.7中将初步地质灾害易发性区划图与各个影响因素图进行叠加生成最终的灵台县地质灾害易发性区划图。
1.生成基于袭扰系数法的初步地质灾害易发性区划分级图
经典袭扰系数法是以反映地质灾害发育密度和规模的袭扰系数R值为依据,对调查区地质灾害易发程度进行定量分析与评价的一种方法。R值这个指标综合考虑了单位面积内(每个剖分网格)灾害点的个数、面积和体积。
采用袭扰系数法对地质灾害易发性区划的具体方法如下:
1)首先在1:50000灵台县地质灾害测绘图上进行网格剖分,共剖分8084个网格,每个网格单元代表的实地面积为500m×500m(图6-2)。
2)分别计算每一个网格单元内滑坡、崩塌、泥石流和潜在不稳定斜坡等地质灾害的个数、面密度、体积密度。采用专家评判方法,将高易发、中易发、低易发、不易发之间的界限值确定出来,每个网格中灾害点个数、体密度、面密度按最高一项确定其袭扰系数值,计算出每个网格的地质灾害易发性袭扰系数,将评价区的易发性分为4级,即:高易发、中易发、低易发和不易发,其易发袭扰指数分别赋值4,3,2,1。
3)以R值为依据自动生成初步地质灾害易发性等值线图,然后根据R值的界限给不同级别赋上不同的颜色从而生成初步的地质灾害易发性区划分级图。
图6-2 灵台县地质灾害易发性区划剖分图
图6-3 灵台县初步滑坡崩塌泥石流易发程度区划图
表6-1 滑坡崩塌泥石流易发性袭扰系数值的取值原则
在表6-1所示的地质灾害易发性袭扰系数值的取值原则基础上,生成初步的滑坡崩塌泥石流易发程度区划图(图6-3)。
2.地质灾害影响因素的分级标准及权重确定
影响灵台县地质灾害的主要因素有地貌类型、地层岩性、降雨量分布、地形坡度、植被覆盖度,将这5个影响因素作为地质灾害评价指标,把各个影响因素的地质灾害易发程度分为高、中、低易发区和不发育区4个等级,其易发指数分别赋值4,3,2,1。滑坡崩塌泥石流影响因素易发程度分区评价体系如表6-2所示。
表6-2 滑坡崩塌泥石流影响因素易发程度分区评价标准
根据表6-2的评价标准,绘制出各个影响因素的地质灾害影响程度分区图(图6-4、图6-5、图6-6、图6-7、图6-8),各个图的剖分也按地质灾害测绘图上的同一网格,各个影响因素图也按照表6-2的评价标准,将各个区高、中、低易发区和不发育区分别赋予指数4,3,2,1。
采取专家打分的原则来确定各个影响因素的权重,本次共发出了80份专家打分表,收回60份,从收回的专家打分表中将各个影响因素的权重进行加权平均得出各个影响因素的最终权重,初步地质灾害易发性分区图权重为0.4,地貌类型权重为0.153,地层岩性权重0.104,降雨量权重为0.081,地形坡度权重为0.162,植被覆盖权重为0.1。
3.滑坡崩塌泥石流易发程度区划图的生成及等级划分
以灵台县初步地质灾害易发性区划图为基图,将各个影响因素对地质灾害影响分区赋予的灾害性指数乘以各自的权重,在ArcGIS中将各个影响因素叠加到基图中,生成灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度剖分网格灾害性指数图(图6-9)。在地质灾害易发性剖分网格灾害性指数图的基础上在MapGIS中生成灵台县地质灾害易发程度区划分级图(图6-10)。
对灵台县易发性区划分级图进行整理,根据分区的原则进行整理和综合规划修改,得出最终的灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度区划图(图6-11)。
如图6-11所示,将滑坡崩塌泥石流易发程度区划图分为高易发区(Ⅰ)、中易发区(Ⅱ)、低易发区(Ⅲ)、不易发区(Ⅳ)。
图6-4 灵台县地貌类型对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-5 灵台县地层岩性对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-6 灵台县降雨量对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-7 灵台县地形坡度对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-8 灵台县植被覆盖度对滑坡崩塌泥石流影响分区图
图6-9 滑坡崩塌泥石流易发程度剖分网格灾害性指示图
图6-10 灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度分级图
图6-11 灵台县滑坡崩塌泥石流易发程度区划图
4.易发区评价
依据地质灾害易发程度分区结果,充分考虑下一步防治规划工作的开展,综合灵台县地貌、地质构造等特点,将灵台县地质灾害易发程度划分为滑坡、崩塌、泥石流地质灾害高易发区(Ⅰ)、中易发区(Ⅱ)、低易发区(Ⅲ)和不易发区(Ⅳ)四级19个区。滑坡崩塌泥石流易发程度区划图说明表如表6-3所示。
(1)地质灾害高易发区(Ⅰ)
高易发区面积为36.43km2,占全区面积的1.78%,灾害点数量为126处,灾害点密度为3.46处/km2,灾害点密度较大。根据此次滑坡崩塌泥石流易发程度区划,将灵台县滑坡崩塌泥石流高易发区划分出4个亚区,即马家沟—付家沟—王家沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ1);横渠—付家沟—官村—东门—史家街子—马家寨—干涝池-朱家湾滑坡崩塌高易发区(Ⅰ2);坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄滑坡崩塌高易发区(Ⅰ3);南店子—下河—东王沟—康家沟—红崖沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ4)。
1)马家沟—付家沟—王家沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ1)
主要包括马家沟—付家沟—王家沟三个村,灾害点密度1.34处/km2,面积6.73km2,占高易发面积的18.47%,发育灾害点7处,全部为滑坡。所处地貌单元主要为黑河谷地区及黄土梁峁区,岩性主要为第四系黄土及新近系和下白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被稀疏,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,谷坡坡形变化大,多处近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
2)横渠—付家沟—官村—东门—史家街子—马家寨—干涝池-朱家湾滑坡崩塌高易发区(Ⅰ2)
主要包括黑河沿岸的梁原乡的横渠、付家沟、官村、东门村、朱家湾村和黑河支流黄土梁峁丘陵区的朝那镇的史家街子、马家寨、干涝池村,灾害点密度2.2两处/km2,面积18km2,占高易发面积的49.41%,发育灾害点40处,38个滑坡,两个不稳定斜坡。所处地貌单元主要为黑河谷地区及其支流的黄土梁峁区,岩性主要为第四系马兰黄土、离石黄土及白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被不发育,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,谷坡坡形变化大,局部近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
表6-3 滑坡崩塌泥石流易发程度区划图说明表
3)坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄滑坡崩塌高易发区(Ⅰ3)
主要是达溪河北岸沿线的城关镇的坷台、杨村、水泉、下河、东王沟、许家沟、安家庄村,灾害点密度6.85处/km2,灾害点密度很大,面积7.51km2,占高易发面积的20.61%,发育灾害点49处,14个滑坡,23个不稳定斜坡,两个泥石流。所处地貌单元主要为达溪谷地区及其支流的黄土梁峁区,岩性主要为第四系马兰黄土、离石黄土及白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被不发育,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,坡度变化大,局部近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
4)南店子—下河—东王沟—康家沟—红崖沟滑坡崩塌高易发区(Ⅰ4)
主要是达溪河南岸沿线和达溪河支流蒲河的城关镇的坷南店子、下河、东王沟、康家沟、红崖沟村,灾害点密度4.2处/km2,灾害点密度较大,面积4.19km2,占高易发面积的7.16%,发育灾害点30处,12个滑坡,18个不稳定斜坡。所处地貌单元主要为达溪谷地区及其支流的黄土梁峁区,岩性主要为第四系马兰黄土、离石黄土及白垩系紫红色泥岩、砂岩、砂砾岩,植被不发育,河流—冲沟发育,冲沟多为“V”型谷,坡度变化大,局部近直立,地形破碎,地质环境脆弱。人口密集、人类工程活动频繁,滑坡等灾害发育。
(2)地质灾害中易发区(Ⅱ)
该区面积351.60km2,占总面积17.16%,发育灾害点281处,灾害点密度0.8处/km2,包括横渠—马家沟—付家沟—赵家咀—安冯村—杜家沟—景家庄子村、王家山—张家塬—温家庄—东门—高崖—小寨—边家老村—朱家堡村—前进—姜家庄—勾勾王—张坡村、寺咀—柴朝村—崖湾村—坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄村和新庙—郑家洼—康家沟—罗家湾村4个亚区。
1)包括横渠—马家沟—付家沟—赵家咀—安冯村—杜家沟—景家庄子村中易发亚区(Ⅱ1)
分布于黑河南岸极其支流的梁原乡横渠、马家沟、付家沟、赵家咀、安冯村、杜家沟、景家庄子沿河一带,是典型的黄土梁峁丘陵区,面积13.88km2,占中易发区总面积的3.95%,发育灾害点14处,灾害点密度1.0处/km2。岩性为第四系中上更新统黄土。黄土层及白垩系砂砾岩、砂岩局部岩石及土层风化破碎,节理裂隙发育,为灾害中易发区。
2)王家山—张家塬—温家庄—东门—高崖—小寨—边家老村—朱家堡村—前进—姜家庄—勾勾王—张坡村中易发亚区(Ⅱ2)
分布于黑河南岸极其支流的梁原乡、朝那镇、上良乡、什字镇、西屯乡、独店镇沿河一带,是典型的黄土梁峁丘陵区,面积144.12km2,占中易发区总面积的7%,发育灾害点94处,灾害点密度0.82处/km2。岩性为第四系中上更新统黄土、白垩系砂砾岩、砂岩。区内人口相对较少,局部岩石及土层风化破碎,节理裂隙发育,为灾害中易发区。
3)寺咀—柴朝村—崖湾村—坷台—杨村—水泉—下河—东王沟—许家沟—安家庄村中易发亚区(Ⅱ3)
该区面积95.72km2,占中易发区总面积的27.22%,发育灾害点70处,灾害点密度0.73处/km2,地貌为黄土梁峁区、低中山区。岩性为新近系、白垩系碎屑岩及第四系中上更新统黄土。区内沟谷发育,沟坡多为阶状陡坡,植被较差,人类工程活动频繁,灾害点分布在村庄周围、公路沿线和河谷边坡地带。
4)新庙—郑家洼—康家沟—罗家湾村中易发亚区(Ⅱ4)
主要位于达溪河南部的中台镇、新开乡、蒲窝乡、邵寨镇,该区面积97.88km2,占中易发区总面积的27.84%,发育灾害点103处,灾害点密度1.05处/km2,属于黄土梁峁丘陵区,岩性以新近系、白垩系碎屑岩及第四系中上更新统黄土。区内沟谷发育,沟坡多为阶状陡坡,植被一般,人类工程活动相对较弱,灾害点分布在村庄周围、河谷边坡地带。
(3)地质灾害低易发区(Ⅲ)
该区面积722.96km2,占中易发区总面积的35.28%,发育灾害点73处,灾害点密度0.10处/km2。包括梁原乡黑河北岸黄土梁峁丘陵区、什字塬北部-黑河南岸沿线黄土梁峁丘陵区、龙门乡黄土梁峁丘陵区、什字塬南部-达溪河北岸黄土梁峁丘陵区、达溪河南岸-中台镇-蒲窝乡-新开乡-邵寨镇黄土梁峁丘陵区5个亚区。
1)梁原乡黑河北岸黄土梁峁丘陵区低易发区(Ⅲ1)
位于梁原乡黑河北岸一带,面积32.2km2,占低易发区总面积的4.43%,无灾害点发育,属于黄土梁峁丘陵区,岩性以第四系黄土和白垩系泥质、砂岩为主。区内沟谷发育,地形切割强烈,黄土层及泥岩砂岩局部较破碎,表层风化严重。
2)什字塬北部-黑河南岸沿线黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ2)
位于什字塬北部-黑河南岸沿线的朝那、上良、什字、西屯、独店5个乡镇,面积147km2,占低易发区总面积的20%,发育有灾害点8处,灾害点密度0.054处/km2,表层覆盖第四系黄土,河沟切割强烈出有白垩系泥岩、砂岩。区内沟谷发育,地形切割强烈,岩石较破碎,表层风化严重,人类工程活动较少。
3)龙门乡黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ3)
位于龙门乡黄土梁峁丘陵区一带,面积95.329km2,占低易发区总面积的13.19%。发育灾害点10处,灾害点密度0.10处/km2。属低黄土梁峁丘陵地貌,上部岩性为第四系黄土,下部岩性为白垩系的泥岩、砂岩,表层风化严重,局部地形切割强烈,人类工程活动较少。
4)什字塬南部-达溪河北岸黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ4)
主要是什字塬南部-达溪河北岸的广大梁峁丘陵区一带,面积191.6km2,占低易发区总面积的26.5%。发育灾害点28处,灾害点密度0.146处/km2。属低黄土梁峁丘陵地貌,上部岩性为第四系黄土,下部岩性为白垩系的泥岩、砂岩,表层风化严重,局部地形切割强烈,人类工程活动较少。
5)达溪河南岸-中台镇-蒲窝乡-新开乡-邵寨镇黄土梁峁丘陵区低易发亚区(Ⅲ5)
主要是龙门乡黄土梁峁丘陵区一带,面积256.824km2,占低易发区总面积的35.5%。发育灾害点25处,灾害点密度0.097处/km2。属低黄土梁峁丘陵地貌,上部岩性为第四系黄土,下部岩性为白垩系的泥岩、砂岩,表层风化严重,局部地形切割强烈,人类工程活动较少。
(4)地质灾害不易发区(Ⅳ)
灵台县地质灾害不易发区总面积938.01km2,占全区面积的45.78%,基本无地质灾害发生。由梁原乡黄土塬区(Ⅳ1)、黑河宽阔河谷区(Ⅳ2)、什字塬不易发区(Ⅳ3)、达溪河河谷不易发区(Ⅳ4)、邵寨镇黄土塬不易发区(Ⅳ5)、百里乡林场不易发区(Ⅳ6)组成。
不易发区主要是黄土塬及黄土小台塬区和宽阔的河谷区以及植被茂密人烟稀少的林场区。黄土塬及黄土小台塬区和宽阔的河谷区工程地质条件很好,地形平坦,虽然人类工程活动较频繁但很少发生地质灾害,百里乡林场区植被茂密,人烟稀少,人类工程活动较少,地质环境相对优越,为地质灾害不易发区。
1)梁原乡黄土塬区(Ⅳ1)
本区主要位于梁塬乡王家沟村及黑河低缓阶地,面积19.8km2,占不易发区总面积的2.11%,本区岩土以第四系黄土为主,工程地质条件较好,地质灾害不发育。
2)黑河宽阔河谷区(Ⅳ2)
本区主要位于黑河宽阔河谷区。面积17.43km2,占不易发区总面积的1.86%,本区河谷较宽阔,地形较平坦,人类工程活动弱,地质灾害不发育。
3)什字塬不易发区(Ⅳ3)
主要位于广阔的什字塬区。本区面积306.55km2,占不易发区总面积的32.68%,本区地形平坦,工程地质条件较好,地质灾害不发育。
4)达溪河河谷不易发区(Ⅳ4)
本区主要位于达溪河沿岸宽阔河谷区。面积38km2,占不易发区总面积的4.1%,本区河谷较宽阔,地形较平坦,人类工程活动弱,地质灾害不发育。
5)邵寨镇黄土塬不易发区(Ⅳ5)
本区主要位于邵寨镇小黄土塬区,面积18.91km2,占不易发区总面积的2%,本区岩性以第四系黄土为主,工程地质条件较好,地质灾害不发育。
6)百里乡林场不易发区(Ⅳ6)
本区主要位于百里乡林场区。面积537km2,占不易发区总面积的57.3%,本区植被茂密,人烟稀少,人类工程活动较少,地质环境相对优越,为地质灾害不易发区。
4、滑坡勘查报告
滑坡勘查的各个阶段都要提交相应的勘查报告(报告内容见上百节),整个勘查工作结束后,要提交竣工地质报告。竣工地质报告应对调查、可行性论证、设计和施工4个阶段的地质问题进行全面总结,对滑坡防治工程竣工后的地质条件进行现状评价,提交工程实施后滑坡的岩度土体结构特征、水文地质条件、物理力学参数、应力状态和变形综合分析等,并评述施工期间的重大地质结论变化及对滑坡的影响。
竣工地质报告的内容包括:前言,滑坡区工程地质和水文地质条件,滑坡体结构特征,滑动带特征(滑动带的组成物质和滑带土强度c、φ值),施工期间地质条件变化,重大地质问题的发现及结论变化,施工后物理力学参数变化、治理后的滑坡体整体稳定性评价。同时提交补充工程地质勘查报告、回原位工程地质试验、室内物理力学试验等附件报告;附图包括滑坡区工程地质图、滑坡轴向工程地质纵断面图、滑坡横断面图、地答下水等水位线图、基岩等高线图、整治工程地质断面图和钻孔柱状图、竖井和探硐展示图、滑坡体等厚线图。
5、滑坡区地质条件
本区地层,以新近系红层为基层,上覆厚度不等的第四系的黄土。基底出露岩层是晚新近系临夏组第三、第四岩性段。由橘红色粘土泥岩及灰绿色灰黄色条带状粉砂质泥岩组成。在三、四段岩层间。有一层厚5m,展布较稳定的砂砾岩层。粘土泥岩坚实致密,但遇水软化,饱水呈塑态。岩层产状近水平,以1°~5°角倾向N。第四系为黄土。以更新统岩层为主,全新统较薄。更新统分为上中下三段,下为下更新统老黄土,底部有一层胶结尚好的砂砾岩和散砂层。中为中更新统石质黄土,上为上更新统马兰黄土,具质地疏松,大孔隙,湿陷性大。有溶蚀地貌,第四系黄土总厚大于200m。
本区处于NWW马衔山—兴隆山和NWW向太子山断裂带之间的新生带宽阔向斜盆地(临夏盆地)内。从盆地边缘至中心地层由倾斜逐渐转为水平,盆地中心大致位于东乡、和政、广河三县之间。
区内无新的具有水平差异运动的断裂,但在红层,砂砾石层和黄土中均有近SN向和近EW向的直立节理裂隙,从卫片及航片上均反映本区有NEE向张性断裂。这些结构面的存在不仅控制了本区河道、山脊的EW向展布以及谷沟近SN发育,而且控制着本区滑坡成群、成带发育的基本格架。
本区气候干燥,降雨量很小,属于干旱大陆性气候。最高气温38℃,最低气温-23℃,冰冻期为11月至次年的3月,多年平均降水量为484mm,多集中于7月至9月。1978和1979年为丰水年,特别是1979年,年降水量达650mm,如图4.5所示。
图4.5 1978~1982年月降水曲线(据地震所1983年资料)
1979年以后,降水量偏小,到1982年年降水量为370.6mm。7、8、9三个月降水量仅为160mm。只占全年降水量的43%。而10、11、12三个月的降水(雨、雪)量达66.3mm,占全年降水量的18%,是历年平均降水量9.2mm的7倍以上。丰雪使1983年3月初的融雪,促发了滑坡。
6、怎样判断潜在山体滑坡的主滑带
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7、滑坡、崩塌敏感性分区
一、分区的目的和原则
一个地区滑坡、崩塌的活跃程度如何,一方面,是区域滑坡、崩塌研究的理论课题,也是区域滑坡、崩塌预测的基本内容,是开展区域预报的基础和依据;另一方面,也是为了给人们提供了解自己所处自然环境和经济活动场所是否安全与安全程度如何(即滑坡、崩塌的险情如何)的形象化资料,以便在防灾工作中为确保生产和经济活动的安全进行,而采取相应的防灾避险对策。这就要求从自然因素着手,对该地区滑坡、崩塌本身的活跃程度进行客观地综合评价,并按不同等级的活跃程度作出分区。
分区是地学领域在研究复杂问题时,便于认识自然现象的地域分布规律采用的一种方法或手段。这种方法是从诸多的复杂自然因素中,选择出对研究对象起着主要作用和影响的因素与指标,按因素区域的相似归类与差异分类原理,把研究对象进行划区,以分区的形式反映自然现象地区上的宏观规律性。而对于与研究对象无直接关系,或虽有直接关系但只起次要作用与不太重要的作用因素,可不加考虑或考虑的程度很低,这是对复杂自然现象进行分区的基本原则与作法。滑坡、崩塌是一种十分复杂的自然现象,要将其活跃程度进行分区,依据上述分区的特点,拟定以下4条原则。
1.忠实客观自然规律原则
所谓忠实客观自然规律,是指要遵从滑坡、崩塌发育形成的普遍而共同的规律,它们与其他自然现象(如暴雨洪涝、地震、干旱等现象)相比,最突出的不同特征是,滑坡、崩塌都只是发生在山区的一种自然现象,山区的地形、地质环境与水文气象条件的共存,以及相互结合形式,是其现象产生的基本条件,在活跃程度分区中必须忠实于这些因素的客观规律性。
2.突出主导因素原则
一种自然现象的产生都有主导作用因素,或称主要的影响因素。主导作用因素,是决定现象产生的本质因素,或称关键因素。对于滑坡、崩塌这种影响因素极为复杂的现象,其发生的主导作用现象,归根结底是地形、地质、降雨3个因素。在这3个作用因素中,又有作用程度的主次之分,在活跃程度分区中既要突出主要因素的作用,又要体现出主要作用因素之间的主次地位和相互关系。
3.综合相似原则
地形、地质、降雨3个主要作用因素,各自在滑坡、崩塌产生过程中,虽然所起的作用程度有主次地位的差异,但它们又是以一种相互影响、相互制约的形式同时存在,缺一不可。在三者综合一体的综合作用效应下,现象才有可能产生。因此,在活跃程度分区中,又必须将三者以一种综合形式表现出来。
4.简单醒目与完整原则
对于复杂自然现象的分区图,应根据该图的用途及其研究深度,尽可能全面完整地反映出现象的整体与局部区域的规律性,又要简繁适度。一张分区图,反映出的现象不完整而太简单、粗糙,或过于详细而非常繁杂,都达不到实用的价值和良好的应用效果。滑坡、崩塌活跃程度分区图,属于反映自然灾害的专题地图,在表现形式上醒目,可以给人一种轻松直观的感觉,能引起读者对该图反映内容的特别兴趣与注意,以便起到灾害预测和减灾防灾作用的应有效果。
二、分区因子指标选择与权重确定
1.分区因子指标的选择
如前面所述,任何一种自然现象的分区图,都是由一定的因素和指标进行划分的。分区因子指标的选择与量化,是进行分区的基础,指标选择与量化的合理与否,又关系到分区结果的成功与否。在本研究稳定性评价指标的基础上(表9-1,9-2),考虑到现有资料及工作深度的限制,同时便于GIS实现的条件下,采用以下3个因子的7个指标对滑坡、崩塌的区域活跃程度进行划分,如表10-1所示。
表10-1 滑坡、崩塌堆积体区域活跃程度评价指标体系
(1)地貌特征(G)因子与指标
滑坡与崩塌发生的空间场所,都需要有一定的地形临空面条件,这就是流域或斜坡的坡度。对于区域滑坡、崩塌发生场地而言,最能反映和代表该区域地形临空面条件特征的因子是地形(山坡)的坡度,地形坡度是导致滑坡与崩塌发生因子中的一个共同因子。地貌特征可以反映滑坡、崩坡堆积体的形态特点。因此,我们把顺坡形态(G1)、坡面平均坡度(G2)作为评价滑坡、崩塌的区域活跃程度分区的指标。
按照边坡的表面形态,把顺坡形态(G1)又分为凸形、平直、凹形3个等级;按照地形坡度因子数值大小,分成平均坡度≥30°、15°~30°、≤15°3个等级指标。
(2)岩土结构特征(S)因子及指标
岩土结构特征是反映滑坡、崩塌堆积体形成机制的主要方面,又是构成崩滑体的物质基础,它同时在一定意义上反映了崩滑体的稳定状态。我们用崩滑体物质组成(原岩类型)(S1)、崩滑体下伏岩性(S2)来表征,而潜在滑面形态(S3)、潜在滑面平均倾角(S4)由于现阶段无法判别,就不加采用,它们的影响累加到S1,S2之中。值得指出的是,崩滑体下伏岩性往往反映了地表水入渗后能否在崩滑体内部或崩滑体潜在滑动面上形成饱和地下水流,从而对其稳定性构成不利影响。
(3)赋存环境特征(E)因子及指标
对滑坡、崩塌堆积体的形成有至关重要的诱发作用,同时它也是滑坡、崩塌堆积体稳定性变化的外部因素。选取流水冲刷作用(E2)、人类工程活动(E4)、地震烈度(E5)作为主要考虑的环境因素。地下水是否出露(E1)、暴雨强度(E3)由于现阶段难以收集资料而不加考虑。
滑坡、崩塌的发生都离不开水的作用,水的来源渠道和提供方式很多,但可以归结为大气降水的直接提供和间接提供两种方式,它们是滑坡和崩塌发生的主要激发和诱发因素。暴雨则是滑坡、崩塌发生的主要水源,或者说大量的滑坡、崩塌发生的水源,是由大气降水直接提供的。在大气降水提供方式中,对滑坡、崩塌发生起积极作用或主要作用的是暴雨,暴雨中最关键的因子又是暴雨的强度。
2.各因子指标的权重
区域活跃程度即敏感性分区。将地貌特征、岩土结构特征、赋存环境特征3个因子的指标组合起来,对滑坡、崩塌的区域敏感性进行分区时,必须考虑每个因子所起的作用大小,或作用程度的定量关系(权重)。因子权重的确定,首先要解决一个权重值确定的理论问题,或权重值分级的依据,目前有很多理论方法,但基本是以经验为基础而确定的。
滑坡、崩塌堆积体的敏感性受多种因素影响,而每一种因素在敏感性中所起的作用是不同的。地貌特征和岩土结构特征是变形破坏的基础,赋存环境条件则是敏感性变化的诱发因素,近期活动迹是敏感性的直接表征。根据已有研究,并结合库区实际情况,确定各评价因素的权重值见表10-2。
表10-2 敏感性评价因子权值分配表
8、滑坡的防治有哪些?
研究滑坡规律的目的在于有效地预防和整治滑坡,以减少其对生活和生产设施的危害,并保持人类赖以生存的自然环境不遭其污染。滑坡的防治要贯彻“及早发现,预防为主;查明情况,综合治理;力求根治,不留后患”(徐邦栋,2001)的原则。
一、预防为主和早治、治小
山坡在大自然的营力作用下,经一定年限有的可产生滑坡,系地貌演变和河谷发育的自然规律,但该滑坡所在的山坡,一般均具有明显的不良地貌与地质条件。当地若是处于雨水丰沛、地震频繁且烈度高以及岸边水流冲刷等恶劣的环境下,虽然在当时只是局部变形尚未引起坡体不稳,但任其发展,有的可因失去抗力而导致坡体整体失稳形成大范围的滑坡与崩塌。因此,对局部变形先行加固可限制其发展,当时所耗费用甚少,即达“早治治小”的目的(徐邦栋,2001)。
(一)预防滑坡生成和危害的对策
1)恢复大区域的植被以防止气象变化是全球防灾、减灾的战略对策,从中可减少滑坡的新生与复活。
2)对处于极限稳定状态的山坡及不良地质地段,应以抑制和控制滑坡发展的作用因素为对策。
3)自然因素或人为活动促使稳定的山坡出现滑坡变形,在其初期即应恢复原山坡的地质环境阻止其恶化。
4)对大型、巨型滑坡或在徐变(蠕动或流变)的高大岩体,由于危害重而整治费用浩大,在查清后常以绕避其危害范围为主要对策。在一般大、中型滑坡或潜在滑坡的地段,经绕避方案比选后仍以通过为宜时,应以“治早”和“根治”为主,避免恶化后冒灾害的风险。
5)各项生活与生产设施在拟建之初,是预防滑坡生成和避免其危害的最佳期间。
(二)在滑坡或潜伏滑坡地段布置建筑设施时应规划的预防措施
1)在较大滑坡(或潜伏滑坡)地段,一般从获得定性的地质资料大致定量后即进行绕开与加固滑坡的方案比选。
2)所有预防措施中对有把握者,可采用永久性工程,一次建成,一劳永逸;对把握不大者则先做成临时工程,但要能随时加固改成永久性工程,避免造成浪费。
3)一般带永久性的预防措施,其结构强度应大于围岩的刚度,即可整体变形而不破坏,可从变形迹象判断滑坡性质,尽可能再加固使用。
二、滑坡治理措施
(一)消除和减轻地表水和地下水的危害
水的作用往往是引起滑坡的主要因素。因此,消除和减轻水对边坡的危害尤其重要(徐邦栋,2001),其目的是降低孔隙水压力和动水压力,防止岩土体的软化及溶蚀分解,消除或减小水的冲刷和浪击作用。具体做法:防止外围地表水进入滑坡区,可在滑坡边界修截水沟;在滑坡区内,可在坡面修筑排水沟;在覆盖层上可用浆砌片石或人造植被铺盖,防止地表水下渗。对于岩质边坡还可用喷混凝土护面或挂钢筋网喷混凝土。排除地下水的措施很多,应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择。常用的方法:①水平钻孔疏干;②垂直孔排水;③竖井抽水;④隧洞疏干;⑤支撑盲沟。
(二)改善边坡岩土体的力学强度
通过一定的工程技术措施,改善边坡岩土体的力学强度,提高其抗滑力,减小滑动力。常用的措施:①削坡减载,用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性。削坡设计应尽量削减不稳定岩土体的高度,而阻滑部分岩土体不应削减。此法并不总是最经济、最有效的措施,要在施工前作经济技术比较。②边坡人工加固,常用的方法:A.修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定岩体;B.钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑支撑工程;C.预应力锚杆或锚索,适用于加固有裂隙或软弱结构面的岩质边坡;D.固结灌浆或电化学加固法加强边坡岩体或土体的强度;E.边坡柔性防护技术等。
9、下图中的A、B两图为两个潜在的滑坡山体等高线示意图(两图比例尺相同,等高线单位:米),图中粗虚线为滑
(1)A 图A所示山体比较陡
(2)下雨(可百以增加滑坡体的重量,降低滑动面的摩擦系数) 地震(可以导致滑坡体失稳) ?在滑?坡体上进行工程施工 河流切割或人为破坏滑坡体下部(答出两点即可)
(3)A