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湖南五强溪库区滑坡分布特征及成因探讨

时间:2022-04-04 08:11:35 浏览次数:

摘要要:五强溪水库自蓄水以来由于库水的反复升降及暴雨作用,库区沿岸发生了较多的滑坡。文章在对库区滑坡分布特征、类型、形成条件、形成机制及其活动特征分析基础上,将其概括为三种成因模式,即斜坡长期变形产生的滑坡模式,顺层滑坡模式和河谷切层滑坡模式。根据滑坡的物质构成及成因可以确定库区滑坡有3种基本类型,即老滑坡堆积体复活类型(占63%)、残坡积堆积体失稳变形滑坡类型(占22%)和人工开挖边坡及填土边坡变形滑坡类型(占15%)。无论哪种类型,都与水库蓄水后对本区地下水环境和岩土工程性质影响有关,库区移民活动是老滑坡复活变形和新滑坡发生的直接因素,而强降雨则是重要诱因。

关键词:库区滑坡;分布特征;成因模式;复活机理;湖南五强溪水库

1 自然地理概况

五强溪水库所在的沅陵县位于湖南西北部,地处武陵山东南麓与雪峰山东北缘交汇处,处于沅江中游,属怀化市所辖。东部与常德市的桃源县,益阳市的安化县相邻,南部与怀化市的溆浦县、辰溪县相接,西部与湘西自治州的卢溪县、古丈县、永顺县毗邻,北部与张家界市的永定区接壤。地理坐标东经110°05′31″— 111°06′27″,北纬28°04′48″— 29°02′26″。县域东西宽90.5Km,南北长106.5Km,面积5852.5Km2,占全省总面积的2.86%,为湖南的第一大县。

2 地质地貌特征概述

县境出露岩性以浅变质岩及红色碎屑岩较发育,沉积环境复杂多样,岩浆岩出露非常少为基本特征。就本文所研究的五强溪水库库区西、中部而言,中生代内陆湖泊相沉积的巨厚层红色碎屑岩(K)占据了沅陵镇、深溪口乡、北溶乡、肖家桥乡和陈家滩乡的广大地区。“红层”岩性从下而上为砂岩棕红色灰质泥岩、泥质粉砂岩及砂质泥岩互层,紫红色、棕红色厚层状长石碤砂岩间夹薄层砂质泥岩,顶部为紫红色砾岩、砂砾岩。而库区东部的清浪乡和五强溪镇,则出露中元古代的五强溪组(Pt3w),上部灰绿色中细粒浅变质砂岩;中部灰白色浅变质长石石英砂岩、石英砂岩;下部灰绿色含绢云母板岩。第四系冲积、洪积、坡积物主要分布于沅江及其支流的河谷两岸,以及山前缓坡地带。

库区西、中部属红色碎屑岩丘陵地貌,由白垩系(K)的红色碎屑岩组成。高程一般海拔160~550m,相对切深50~400m。山体形态复杂,坡度20~300,沟谷较发育,且多呈“U”型谷。库区东部属浅变质岩丘陵地貌,由板溪群的浅变质岩组成。高程一般海拔300~400m,沅水切深250~300m。丘陵比高50~90m,顶面波状起伏,个别丘陵呈盾状,山坡为凸坡,坡度20~350,沟谷纵横,多呈“V”型谷。

全县现有中型水库4座,小型水库101座,总库容约1.26亿m3。另有五强溪和岩屋潭两座大型水库分别位于县境北东部和中南部。各类水利设施达2800多处。五强溪水电站于1994年10月蓄水后,县境内沅江和酉水水位抬升10~15m,原河滩、阶地稻田约6万亩被淹,就地移民达10万人。另加之修建乡道、省道(S223、S228)、国道(G319)等工程活动,坡脚开挖,在暴雨诱发下,造成库区一系列滑坡,崩塌等地质灾害。

3 库区主要滑坡分布及其特征

根据沅陵县国土资源局资料和我们总站实地调查资料(2008年),五强溪库区不同规模变形体及滑坡有100余处,规模较大,特征较明显的27处,库区滑坡有如下特征:

①首先发现这些滑坡坡向大多数与库岸近于垂直。滑坡集中分布于沅陵镇、北溶乡、陈家滩乡、清浪乡和五强溪乡。

②大、中型滑坡多数出现在沅陵镇、深溪口乡、北溶乡、肖家桥乡和陈家滩乡。与这些乡镇出露地层有关,白垩系(K)“红层”为一些紫红色砂质泥岩,工程岩组易于风化受浸泡软化蠕动,而清浪乡和五强溪镇出露地层为五强溪组(Pt3w)浅变质砂质板岩,比“红层”岩组工程力学性质坚固。

③根据滑坡的物质构成及成因,可以确定库区滑坡有3种成因基本类型,即老滑坡堆积体复活类型(占63%)、残坡积堆积体失稳变形滑动类型(占22%)和人工开挖边坡及填土边坡变形滑动类型(占15%)。

④根据滑坡滑动失稳形式库区滑坡有3种成因模式,分别为滑坡前缘牵引式、滑坡后部推移式和前缘牵引、后部推移构成的复合形式。

调查研究发现,除人工开挖及堆填边坡在暴雨作用下发生快速变形滑动并部分形成泥石流外,大多数老滑坡堆积体及残坡积堆积体在库水作用下的变形滑动都是蠕滑型的。滑动几乎与库水位的降落同步,且与移民“就近后迁”建设新居民点而未进行重新选址和地质灾害评估有关。

4 库区滑坡成因分析

4.1 滑坡成因模式

五强溪库区滑坡成因可以归纳概况为三种模式。

4.1.1斜坡长期变形的滑坡模式

由于岩体自身强度较大,其滑坡破坏一般是沿软弱结构面发生的,所以岩石中的软弱结构面(软弱带、软弱层)的存在、分布及其组合关系的研究有着很重要的意义。除顺着已有结构面的急剧滑坡外,尚有缓慢长期的岩石移动。它可以顺层面发生,也可以在某些塑性变形明显的岩石,如本区的页岩和绢云母薄层板岩中发生,可以顺一连续滑面移动,也可以不发展成一连续滑面而部分移动。加之库水蓄水,坡脚浸泡,更易产生滑动、倾倒,这样产生的滑坡称为斜坡长期变形产生的滑坡、即重力滑坡。

4.1.2砂、页、泥岩顺层滑坡模式

沅陵库区砂岩、页岩、泥岩和板岩出露区,岩坡的滑动面经常沿层面及构造裂隙发育。当滑面主要部分通过岩层层面时,为顺层滑坡。

4.1.3河谷切层滑坡模式

当层面倾向背向山坡,节理面是顺山坡倾斜时,则产生切层滑坡,沅陵库区沅江河谷两岸,切层滑坡比较普遍,它往往与岩崩作用相伴产生。

4.2 老滑坡复活和新滑坡形成机理

上述三种模式,特别是前两种模式形成的老滑坡,由于滑坡体地形相对平缓,且常有多级滑坡台阶,利于地表水的下渗。滑体物质组成为碎石土、块碎石土,其性松散,甚至形成空洞,洞深数米,可以插进竹杆。老滑坡体原滑坡物质与滑床(基岩)的接触带,成了滑坡复活变形,再次滑动的现成滑带。

前已述及,12年前,由于地质灾害知识尚未普及,就地移民10万人,库区移民“就近后靠”首选安置区为坡体较缓,多级平台,在土层较厚处设置居民区,这样的地段恰好就在老滑坡体上。五强溪库区移民活动是老滑坡复活变形的直接因素。

4.2.1五强溪库区移民“就近后靠”向山坡上迁移,建筑房屋,大量开荒耕种,修筑公路等

(1)库区移民“就近后靠”在老滑坡体中部、上部建筑居民区,几户、数十户不等,增加重量数十吨、数百吨,增加了滑体自重,增加了下滑力;同时,因居民生活、生产废水排水系统不完善排水加剧了滑体自重和滑面(带)下滑力,降低了滑体岩土体强度。

(2)在滑体中,上部大量开荒耕种,破坏植被,造成土体疏松,增加了降雨入渗量,此次调查发现这类滑坡前缘呈阶梯状多处涌冒混水。

(3)在滑体内切坡建房,开挖修路,破坏了原边坡的连续性,并在内侧形成高陡人工边坡,使软弱结构面临空。

以上三款,为库区老滑坡的复活变形准备了地形地貌、岩土体和水文等地质条件。

4.2.2库区蓄水冲刷淘蚀和滑带(面)粘土层“虹吸”作用加剧了老滑坡的复合变形和新滑坡的发生

五强溪库区蓄水,老滑坡前缘多浸没入库水以下,在库水的冲刷淘蚀作用下,老滑坡前缘(阻滑段)物质被冲刷带走,减小了滑坡体的阻滑力;同时,库水的消涨增加了老滑坡体的动、静水压力。另对,滑带浸没水下后,库水沿滑带粘土层“虹吸”向上吸入滑带的中上段,使滑带土软化,可塑状软土大大增加了滑坡体的下滑力。

4.2.3强降雨诱发老滑坡复活变形和新滑坡的发生

综上所述,在老滑坡复合变形的直接因素和地质条件叠加影响下、强降雨则是老滑坡复活变形、蠕动、再次滑动的诱发因素。

水库蓄水后对本区地下水环境和岩土工程性质的影响较大,使水文地质条件发生了明显的改变,表现为蓄水期库水补给地下水,降雨时地下水补给库水。淹没地段岩石软化,岩土力学参数发生变化,造成应力不平衡,进而诱发、加剧岩土崩滑,水对岩石的软化机理主要表现为:矿物颗粒对水的吸附和吸收作用,使岩石内聚力降低,破坏了矿物颗粒间的粘结力,造成岩土体强度降低。同时,由于每年汛期前的水库排水和汛期后蓄水,地下水位大幅度变化,使库区水位变化地段岩石经受反复的水流冲淘和溶蚀,在潜蚀式破坏作用下,岩石物质被冲刷带走,形成临空状态,易于滑坡的形成。

总之,在五强溪水库蓄水后对地下水环境和岩土工程性质的影响,加之本区大面积出露白垩系(K)红层砂泥岩,以及地貌、地质因素和人为工程活动等综合因素影响下,在强降雨诱发下,老滑坡容易复活变形,新的滑坡也容易产生。

参考文献:

[1]南京大学水文地质工程地质教研室,工程地质学[m],地质出版社,1982,9.235—239.

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[3]湖南省地质局区测队,湖南省区域(1∶20万沅陵幅)水文地质报告[R],湖南省地质局1975.

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[7]湖南省地质环境监测总站,湖南省沅陵县地质灾害调查成果报告[R],湖南省地质环境监测总站,2008.12.

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