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浅表层土质滑坡起动地形、降雨因素分析

朱云波  
【摘要】:贵州省望谟县2011年“6·06”泥石流造成了重大人员伤亡和财产损失,区域内66条沟谷只有19条未发生泥石流,经调查该次群发性泥石流事件过程中共发生了230处土质滑坡,滑坡普遍厚度0.5-1m,多为浅表层土质滑坡,滑坡成为了该次泥石流主要物源。浅表层土质滑坡是滑坡中分布最为广泛、暴发频率高、持续危害性较大的地质灾害之一。此类滑坡由于滑体松散,易受大气降水和库水位周期性影响,稳定性较差。一旦滑坡,不仅给当地人民生命财产安全带来极大威胁,而且会造成大面积水土流失。在高山地区这类滑坡在下滑过程中若遇充足的水源和足够长的滑动面,极有可能转化为泥石流,即滑坡型坡面泥石流;即使没有直接转化为泥石流,滑坡体下滑堆积于山谷沟道内,若降雨持续补给,流域内迅速汇流后经较大纵坡的沟道急泻而下形成水动力充足的高含沙山洪,洪水起动松散滑坡堆积体向下游搬运,沿途不断搅拌混合最终形成泥石流,即沟床起动型泥石流。因此加强对这类土质滑坡的形成、运动及成灾机理的研究,对正确评价土质滑坡的稳定性,减少或避免滑坡灾害的发生,保障人民生命财产安全,减少各类经济损失等都具有重要理论意义和工程价值。该类滑坡的形成与其发育地形、土质条件及外界降雨因素密切相关,降雨因素是浅层滑坡诱发条件,而地形和土质条件是滑坡形成的潜在条件。前人无论是在地形、土质、降雨方面的研究多限于定性的描述,定量化的研究较少且较为粗略、单一,缺乏针对单个滑坡更深入更全面化的特征分析,没有给出定量的判别模型,岂今为止,针对该类滑坡的监测预警也主要集中于降雨的研究,没有对几个条件进行综合考虑研究。本文主要以贵州望谟“6.6”泥石流灾害为例,选取研究区内230处浅表层土质滑坡作为研究对象,由于研究区范围较小,受地震、断裂带影响较小,区内构造简单,岩性单一,山坡残坡积覆盖土层性质基本相同,可认为同一类型土质,因此仅探讨地形和降雨因素对浅层土质滑坡起动的影响。首先,将研究区按降雨划分为打易、打便、纳包、新屯四个区,每个区内降雨情况大致相同,在各区内单独研究地形因子对浅层土质滑坡的影响规律进而得出临界地形判别模型T,然后探讨降雨因素的作用规律,建立起浅层土质滑坡降雨因子R,再将地形因子T与降雨因子R进行综合分析,得到研究区浅层土质滑坡临界地形-降雨复合因子判别模型P。最后将地形因子模型用于美国田纳西、俄罗冈、斯普利物和日本Hofu浅表层滑坡进行验证,取得较好的效果,主要结论如下:(1)在贵州望谟“6.6”泥石流事件中,主要物源来源于沟谷流域两侧坡面浅层土质滑坡,这与两侧山坡坡度等地形特征密切相关,其形成机理为强降雨诱发浅层滑坡,因此降雨因素对其影响也致关重要。滑坡体下滑过程中若遇充足的水源和足够滑动面还有可能演化成为坡面泥石流进而汇入主沟扩大泥石流规模。(2)山坡坡度对浅层土质滑坡的发育具有重要影响,调查发现贵州望谟研究区内浅层滑坡发育敏感坡度范围为18°~45°,且最低敏感坡度随降雨强度及降雨量的增大而减小,贵州望谟县打易、打便、纳包、新屯四个降雨区内浅层滑坡最低敏感坡度分别为18.5°、20°、21.5°、22.5°。(3)本文选取滑坡体坡度(α)和长宽度(L、W)、滑坡后缘以上缓坡坡度(β)和长度(Lu)、滑坡体两侧地形起伏坡度(θ1、θ2)和宽度(W1、W2)以及临空面条件(t),并令坡度因子S=tan(α),上缓因子U=tan(α-β)*(Lu/L),两侧因子C=tan(θ1)*(W1/W)+tan(θ2)*(W2/W)。将滑坡体坡度因子(S)、上缓因子(U)、两侧因子(C)、临空面(t)进行综合对比分析得到一个综合地形因子判别模型T=S+1.8U+0.8C+t,能够较好地代表发育浅表层土质滑坡的地形条件。(4)通过上述研究得出贵州省望谟县浅层土质滑坡发生的临界地形条件为:T≥Cr(地形临界值)且S≥Cr0(坡度临界值),即在降雨和地质条件一定的情况下,不仅地形因子T必须大于一定值,且坡度必须大于最低敏感坡度。本次调查打易区Cr=0.73,Cr0=0.33;打便区Cr=0.78,Cr0=0.36;纳包区Cr=0.83,Cr0=0.39;新屯区Cr=0.87,Cr0=0.41。(5)从浅表层土质滑坡形成机理出发,并参考贵州望谟―6.6‖灾害的降雨特征和发生时间,本文选取前期累积雨量和1小时降雨强度为主的I-P临界雨量模型,其表达式0RKIBR+=,式中,根据浅表层土质滑坡起动机理和降雨特征,系数K取5.5,年平均降雨量R0用以标准化。(6)将地形因子T和降雨因子R进行相关性分析,得到研究区浅层土质滑坡综合判定因子9.009.0)t0.8C1.8US)(5.5( ++++==RIBRTP。在土质类型一定的条件下,P因子模型能较好的反应坡面发生浅层土质滑坡的可能性大小。(7)将地形T因子模型运用到美国田纳西、俄罗冈、斯普利物和日本Hofu地区浅层土质滑坡灾害实例,暂不考虑不同区域土壤条件和降水情况的差异,得到了较好的验证效果,同时分别得到四个地区各自对应的Cr上下限值。因此,本文关于浅层土质滑坡的研究模型具有普遍适用性。(8)根据本文研究区和验证对比区共5个地方的综合地形T值,划分出四个危险等级,当T0.9时,危险性较高;当0.7T≤0.9时,危险性中;当0.5T≤0.7时,危险性低,当T≤0.5时,危险性极低。该危险等级的划分是相对粗略的划分,在无详细降雨、地质资料的情况下,可通过此划分方法初步快速地评估其危险性。


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