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有关广西花岗岩地区气象预警及地质灾害发育特征的分析

2020-05-13 664 上传者：管理员

摘要：广西是地质灾害易发大省,每年因为滑坡、崩塌、坡面泥石流等地质灾害引发的地质环境问题层出不穷,而广西桂东南花岗岩分布区地质灾害尤为发育,所以对广西花岗岩分布区内的地质灾害多发区进行发育特征和气象预警研究是十分必要的。

关键词：
土质边坡
地质灾害
气象预警
花岗岩
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广西花岗岩覆盖层厚度较大的区域主要分布于桂东南、桂东地区，而该类地区也是地质灾害高发区。该区域内发生的地质灾害主要有滑坡、崩塌、坡面泥石流等。由于花岗岩分布区类土质的特殊的物理力学性状，导致该区域成为地质灾害的高发区；通过对已有的资料分析，初步得出了广西花岗岩类土质边坡的气象预警临界降雨量；通过层次分析法，初步确定了广西花岗岩地质类土质边坡的地质灾害易发程度半定量评价方法和气象预警方案。

1、广西花岗岩类土质边坡的特征

桂东南花岗岩分布区表层风化往往极其严重，部分覆盖层（包括残坡积土、全风化层）厚度可达到10～40m。花岗岩坡残积土的重要特征之一是土中粗粒含量较高，根据土的工程分类大多属于粗粒土和含粗粒细粒土。土体多为中—细粒花岗岩风化而成的混合土，其中细砾粒及粗砂粒含量从浅往深整体趋势为逐渐增加，因此土体内摩擦角整体从浅往深为增大趋势。花岗岩残积土中粘粒的含量差异较大，一般粗颗粒花岗岩其风化残积土粘粒含量较少，细颗粒花岗岩其风化残积土粘粒含量相对较多。由于粗颗粒的存在会对粘粒的亲水性和膨胀性产生抑制作用，所以花岗岩残积土虽然具有疏松的微观结构，但试验结果表明相对于与其他高液限粉土和粘土来说膨胀性都不明显，这是与其他高液限土的重要区别之一。

1.1液限较高

通过对灵山丰塘中学、灵山平南勒菜小学、梧州棉纺厂后山滑坡、容县地雷滑坡、容县大园坡脚滑坡和上塘滑坡的坡积土和坡残积土样本进行统计，表层覆盖层往往具有较高的液限，花岗岩坡残积土液限往往在集中在40%～50%之间（占了28个），低于40%占了9个，部分地段花岗岩坡残积土液限可大于50%（高液限土，高于50%的占了6个）。此类土具有一般残积土特征，如结构性较强，天然状态时具有较好的力学特性，水稳定性较差等。

1.2崩解性强

覆盖层由于粘粒含量相对较少遇到水基本上都呈迅速崩解状，饱和抗剪强度急剧降低。由于花岗岩类土质边坡组成土体的水稳性差，因此在边坡裸露面往往存在严重的水毁现象。另外，花岗岩地区残坡积土的矿物成分以石英、长石为主，次生矿物主要为伊利石和高岭石，该类次生矿物浸水时具有易崩解。

1.3天然与饱和状态下强度差距极大

花岗岩坡残积土天然状态下具有较高的抗剪强度，但受强降雨影响下抗剪强度迅速降低。对容县大园坡脚滑坡和上塘滑坡进行参数反演，在暴雨工况下边坡发生破坏时的参数内聚力为10.9kPa,内摩擦角为9.92°，而在天然工况下内聚力为29.7～36.49kPa,内摩擦角为16.13°～25.4°；对梧州棉纺厂滑坡进行参数反演，在暴雨工况下边坡发生破坏时的参数内聚力为16.59kPa,内摩擦角为11.97°，而在天然工况下数理统计取得的内聚力为21.04kPa,内摩擦角为14.67°；对梧州京梧山庄滑坡进行参数反演，在暴雨工况下边坡发生破坏时的参数内聚力为12.0kPa,内摩擦角为14.9°，而在天然工况下数理统计取得的内聚力为17.43kPa,内摩擦角为22.57°。

2、降雨与土壤含水率关系

2.1相同降雨条件下含水率与取样深度的关系

通过对容县大园坡脚滑坡、上塘滑坡、梧州棉纺厂后山滑坡等以浅表层破坏为主的滑坡中对同一钻孔取样分析可知，残积土内相同降雨条件土壤含水率一般随着钻孔孔深的增加而减小，且表层5m左右以内土壤体积含水率随着深度的增加减小趋势明显，而5m以下含水率随着深度的变化不明显。说明降雨影响范围主要集中于浅层土体。

2.2相同降雨条件下浅层土体受降雨影响特征

通过对浅表层土层（考虑3m范围内）在相同降雨条件下的含水率测试资料进行分析可知，表层土体含水率在降雨条件下呈单峰型或者递减型。以地雷滑坡为例，在1d累计降雨量为57mm（暴雨级别）、3d累计降雨量为100mm的情况下，上层0～2.5m范围内土体的含水率有较为明显的增加趋势（其中6月30日～7月16日未有大的降雨）。以大园坡脚滑坡为例，在1d累计降雨量为34mm（大雨级别）、3d累计降雨量为56mm的情况下，上层0～2m范围内土体的含水率有较为明显的增加趋势。

2.3短历时强降雨对土体含水率的影响关系

从收集到的部分监测点的监测资料可知，部分站点短历时的强降雨对土体含水率的变化影响非常大。见表1～表4。

3、临界降雨量分析及气象预警区划

表1容县大园坡脚滑坡监测点资料

表2岑溪市岑城镇木郎村赤水一组滑坡监测点资料

3.1地质灾害发生与日降雨量和过程降雨量的相关性统计

通过对821处地质灾害点进行综合统计，可得出图1日累计降雨量与滑坡（崩塌）累计发育个数和图2过程降雨量与滑坡（崩塌）累计发育个数。

从图1可知，24h累计降雨量与灾害点累计发育个数整体呈正相关关系，当24h累计降雨量达到90mm左右时地质灾害发育个数明显增加，其中在24h累计降雨量90～220mm段最为集中，此时平时一些稳定性相对较好的边坡也可能发生地质灾害；而24h累计降雨量达到220mm以上的降雨情况相对较少，因此该区域样本相对较少，但此时稳定性比较好的部分花岗岩类土质边坡也可能发生地质灾害。

表3浦北县福旺镇六合村塘田小学滑坡监测点资料

表4平南县六陈镇宏智英才小学

图124h累计降雨量与滑坡（崩塌）累计发育个数

由图2可见，曲线明显分为三个阶段，对应3个临界降雨量值。过程降雨量小于120mm阶段，滑坡崩塌数量随降雨量增加缓慢增加，主要是一些稳定性差的边坡点发生滑坡崩塌；在120～180mm阶段，滑坡崩塌数量随降雨量增加较快增加；在180～250mm阶段，滑坡崩塌数量随降雨量增加快速增加，一些稳定性较好的边坡也发生了滑坡崩塌；大于250mm后，滑坡崩塌数量随降雨量增加很缓慢增加，但此时稳定性比较好的部分花岗岩类土质边坡也可能在连续降雨的影响下发生地质灾害。

图2过程降雨量与滑坡（崩塌）累计发育个数

3.2地质灾害发生与降雨过程中短历时最大降雨量的关系

从土体体积含水率变化与短历时强降雨关系中可看出，短历时强降雨对土体的含水率变化比较明显，从玉林容县六王镇2010年6月2日地质灾害点发生的集中期（6月2日凌晨）也可看出这个规律。

六王镇灾前降雨量级为小到大雨，降雨时段不连续。发灾前1d降雨为21.8mm，前5d累计雨量31.9mm，前期最大日雨量为39mm，出现在灾前15d即5月14日，各项诱发地质灾害的前期雨量都不大。当日雨量为大暴雨，且地质灾害多于强降雨期间发生，因此可表明六王镇陈村的滑坡、崩塌灾害主要是由当日大暴雨诱发。

3.3临界降雨量

考虑到预警预报的实用性，当日降雨量为90mm、140mm、180mm时线性斜率明显增加及过程降雨量为120mm、180mm、250mm时线性斜率明显增加，因此分别将90mm、140mm、180mm日降雨量及120mm、180mm、250mm过程降雨量作为临界降雨阀值将广西花岗岩地区降雨划分为4个级别的降雨量危险性级别。

考虑到短历时强降雨对边坡稳定性的影响极大，且以前区划时很多地质灾害中易发区也在短时间的强降雨时发生地质灾害，引入安全系数，建议当实际小时降雨量达到60mm时，无论是什么级别的地质灾害易发区，应及时发布预警。

4、花岗岩类土质边坡边坡防治分区方案

4.1花岗岩类土质边坡地质灾害易发程度半定量评价

通过调查，在不考虑降雨的条件下，花岗岩地区的类土质边坡的稳定性主要取决于切坡的高度、切坡的坡度、边坡组成土体的角砾的含量及原始地形的坡度。从现状调查来看，花岗岩类土质边坡在破坏具有突发性，很难有明显的征兆，因此很难从现状变形情况来判断其稳定性；但坡面受侵蚀的程度往往可以从侧面反应边坡对降雨的抗力。因此通过切坡高度、切坡坡度、边坡组成的角砾含量、原始地形坡度、汇水面积、边坡受侵蚀程度等6个主要指标对花岗岩类土质边坡进行地质灾害易发程度评价。

从调查统计可知，切坡高度（A1）>切坡坡度（A2）>边坡受侵蚀程度（A3）=边坡组成的角砾含量（A4）>原始地形坡度（A5）=汇水面积（A6）。根据排序先后分布赋值：4、3、2、2、1、1。根据赋值建立各影响因子相互关系矩阵，如表5所示。

一致性检验：

表5花岗岩类土质边坡稳定性权重分析表

CR<0.1,因此层次单排序的结果具有满意的一致性。

根据相互关系矩阵计算得各影响因子权重值：T=﹛A1A2A3A4A5A6﹜=﹛0.3170.2320.1510.1480.0760.076﹜。

通过加权求值，把边坡地质灾害易发程度划分为4级，分别为极易发（分值≥2.8）、高易发（分值2.4～2.8）、中易发（分值2～2.4）、低易发（分值<2)4种。根据边坡的地质灾害易发程度等级，再叠加地质灾害易发分区及边坡的预测危害程度，进行分区分期治理。

4.2边坡地质灾害预警决策方法建议

通过对有潜在病害的边坡进行半定量评分，确定各边坡的地质灾害易发程度分值，结合野外调查定性评价边坡稳定性的实际情况,初步确定边坡的地质灾害易发程度，并且遵循“就低不就高的原则”来初步建立一套以半定量分值和预报24h降雨量或者实际24h累计降雨量为基础的预警系统。并根据地质灾害发生具有突发性的特征和地质灾害“以预防为主”的原则，及时做出预警和撤离指示。

5、结论和建议

研究各地区不同降雨频率条件下各区域的地质灾害发生的特点，对以降雨量为依托的地质灾害气象预警预报系统来说具有重要的意义。从已有的研究成果看，只基于统计降雨强度为地质灾害发生的临界降雨量的预警系统具有很大的局限性。因此在以后的研究中建议进行广西花岗岩类土质边坡发育区的不同暴雨频率的降雨强度的经验公式修正或者计算工作，统计出各地质灾害点发生时对应的暴雨频率，从而建立一套以降雨量和降雨频率为主要指标的地质灾害预警预报系统。

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