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台风引发温州市斜坡地质灾害的发育分布及影响因素研究

陈光平  
【摘要】:我国是世界上登陆台风最多、灾害最为严重的国家之一,其中温州市位于我国东南部,历史上多次台风登陆或严重影响该地区。登陆台风常引发滑坡、崩塌、泥石流等斜坡地质灾害,使人民生命财产遭受严重损失,影响地区经济发展。在对台风引发温州市斜坡地质灾害资料的收集、整理和建库(地质灾害空间数据库)的基础上,本文从该类地质灾害发育分布特征、影响因素入手,通过数理统计、空间分析、灰色关联分析、理论分析等方法进行研究,揭示了温州市该类地质灾害的发育分布规律,以及影响因素特别是台风大风和暴雨对斜坡的作用效应,并探讨了斜坡上风荷载计算等。这些研究成果可为台风引发斜坡地质灾害的机理研究和台风影响区内斜坡稳定性研究等提供依据,对今后的台风引发我国东南沿海地区斜坡地质灾害的调查、危害性和危险性评价、以及预测和预报等防灾减灾工作提供一定的指导、借鉴意义。 本文以2004-2009年间11次台风为例,收集该类地质灾害共计286处,结合台风大风、暴雨和移动路径特征进行研究,主要得出如下认识和结论:该类地质灾害发育以土质滑坡(塌)为主,物质组分以残坡积物为主,规模以小于1000m3为主,破坏面以第四系覆盖层与下伏基岩接触界面和土层内部软弱滑面为主。地域上,地质灾害普遍分布于温州低山丘陵区,呈不均匀分布;单次台风灾害分布具有明显的地域性,部分呈集中分布的特点。地形地貌上,地质灾害分布以丘陵区及低山区、高程250~650m、坡度20~40°、坡向SE-SW向、乔木等类植被、平直、阶状、凸型类坡形为主。地层岩性上,地质灾害分布以侏罗系地层和凝灰岩等火山碎屑岩、火山熔岩类岩性组合为主。 该类地质灾害发育分布与台风的移动路径、大风范围和暴雨范围密切相关,地质灾害大多局限于距台风中心路径垂直距离300km范围内,大多发生在过程风速极值7级以上大风范围内,部分发生在10级以上大风范围内,并且基本发生过程雨量200mm以上或时段雨量100mm以上或所在县(市)面平均降雨量300mm以上的区域;此外,地质灾害数量及密度与大风风速、降雨强度、过程雨量等并非呈简单的正相关性,主要由于它还受到地质环境条件等诸多因素的共同影响。 该类地质灾害发生时间大多与台风的登陆-离境过程、大风过程和暴雨过程大致同步,无明显的滞后现象。地质灾害基本发生在台风登陆前后1d内,台风离开登陆省之前,多以台风登陆后失稳为主;大风在台风登陆前后对温州市保持长时间影响,有利于地质灾害的发生;并且基本发生在台风主体降雨期间,多处在历时强降雨高峰段内。 通过灰色关联度法分析地质灾害各影响因素作用程度和因素之间关系。各影响因素作用程度排序依次为风速、自然坡度、坡向、岩组结构、降雨量、植被、高程、临空面坡角和大风持续时间。其中,乔木类斜坡排序依次为风速、自然坡度、岩组结构、坡向和降雨量,竹类斜坡排序依次为风速、降雨量、岩组结构、坡向和自然坡度,灌木类斜坡排序依次为岩组结构、风速、降雨量、坡向和自然坡度,草类斜坡排序依次为自然坡度、岩组结构、坡向、风速和降雨量。 台风风速与乔木类斜坡相关性最好,风速越大越容易造成该类斜坡发生失稳;与竹类斜坡相关性次之,风速越大可能造成该类斜坡失稳频度降低;与灌木、草类斜坡相关性偏低。台风面雨量与竹类斜坡相关性较好,该类斜坡失稳比重大致随面雨量的增加而增大,与乔木、灌木、草类斜坡相关性次之;过程雨量与乔木类斜坡相关性较好,与竹、灌木、草类斜坡相关性次之。乔木等类斜坡对台风大风的敏感性高于对台风暴雨的敏感性。 台风大风主要是通过直接作用于斜坡岩土体或通过坡表植被间接作用于斜坡岩土体来影响斜坡稳定性,不同植被类型斜坡受风荷载作用原理和效果存在相似和不同之处。对于直根系乔木类斜坡,迎风坡上乔木下方土体受到顺坡向的反力为下滑力,可能造成前缘的小部分土体发生失稳;背风坡上乔木可增大前缘位置乔木下方土体的下滑力,也可能引发该小部分土体失稳。对于须根系植被类斜坡,迎风坡上植被可增大潜在滑体的下滑阻力,背风坡上植被可增大潜在滑体的下滑推力。将斜坡上植被视为弹性生物杆件,其中高大乔木、竹视为高耸建筑,将斜坡视为双坡面屋,可初步计算出其受风荷载作用大小。此外,在迎风坡、背风坡和侧向坡上高大植被风振作用明显,对斜坡稳定性起到较大的影响。 台风暴雨与一般暴雨对斜坡的作用方式和机制相似,没有本质区别。对于裸坡,台风暴雨对斜坡的作用效应增强;对于植被掩体斜坡,台风暴雨作用可划分为其对裸坡的作用和受植被影响引起对裸坡的附加作用两部分,附加作用起到增强或减弱效果,不同植被类型斜坡存在一定差异。同时,迎风坡、背风坡和侧向坡降雨强度各异也引起台风暴雨作用的加强或消弱。


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