山西省临汾黄土地质灾害.docx

1、山西省临汾黄土地质灾害临汾地质概况 临汾盆地是山西地堑系南段的一个断陷盆地, 历史上一直是山西省人口聚居密度较高、经济发达、城镇规模较大的地方之一, 由于其境内地质构造活跃, 有孕育产生多种地质地貌灾害的背景和条件, 是山西省自然灾害多发地区, 滑坡、崩塌等时有发生, 且频率高, 强度大, 给国民经济建设和人民生命财产带来巨大损失1。临汾地质地貌特征临汾市的地质构造主体-临汾盆地纵贯全市中部, 把整体隆起的高原分为东西两部分, 东部有太岳山、中条山;西部是吕梁山脉, 海拔多在1 000 m以上,使全市主体轮廓呈“凹”字型。临汾盆地是汾河地堑晚新生代断陷盆地之一, 属于鄂尔多斯地块东缘, 山西断

2、陷带中南部。临汾盆地的总体走向为NNE（北东北）, 北以灵石横向隆起与太原盆地相隔, 南以峨眉台地与运城盆地为邻。东有霍山断裂, 西有罗云山断裂, 整体展布于近南北向的吕梁山、霍山-浮山隆起带之间, 为一南宽北窄的不规则梯形盆地 2。盆地内地形较为平坦, 属于汾河流域东岸二级阶地。新生代以来, 盆地不断下沉, 山区相对上升, 盆地四周特别是东西两侧均被深大断裂控制。盆地内部构造复杂, 阶梯状断裂发育, 存在有不少地垒和地堑等次一级构造 3。盆地周边山地主要出露基岩地层, 由老到新主要包括太古界混合岩化的深变质岩系, 元古界长城系滨湖相碎屑岩系, 晚古生界海陆相交互相煤系,中生界三叠系陆相红色地

3、层和沉积厚度达1 800 2000 m的新生界地层。临汾凹陷是临汾盆地的主体构造单元, 断陷幅度较大, 轴向为NNE, 是一个地堑式深槽。临汾-浮山断裂把临汾凹陷分为临汾-甘亭沉降中心和龙祠沉降中心4。临汾盆地地壳构造格局走向与环太平洋带及鄂尔多斯地块构造线相一致, 此外, 临汾地壳表面构造也表现出NNE向断裂构造。临汾盆地地壳上下部构造格局的一致性反映了西环太平洋构造带和鄂尔多斯地块对其构造的控制作用。展布于临汾盆地的NNE向构造, 一般具有构造活动的继承性, 这种构造都是古构造重新活动的结果。临汾盆地的NNE向断裂主要有:霍山断裂、罗云山山前断裂、高工北张隐伏断裂、汾河隐伏断裂、汾河凹陷东

4、界断裂、塔尔山北界断裂。此外盆地内部还发育一些横向断裂, 自北向南主要有什林断裂、贾村断裂、团柏断裂、万安断裂、苏堡断裂、张堡断裂、临汾-浮山断裂、塔尔山隆起两侧断裂及紫金山北侧断裂等。这些断裂普遍以下滑为主, 兼具左行水平扭动的特征。地层岩性特征临汾地区在中新世晚期形成盆地的雏形，上新世时期开始有沉积地层，土层由老及新为上新统、下更新统、中更新统、上更新统以及全新统。其境内第四纪地层发育比较齐全，松散堆积物厚度大。根据各类钻探对地层的揭露情况,200m 深度内的土层为第四纪中更新世以来的不同成因堆积物, 但由于沉积环境及沉积物来源的差异, 不同地貌单元土层的岩性组合及其分布表现有明显不同的规

5、律。洪积扇区：浅部广泛分布有一层坡(洪) 积成因的湿陷性黄土或黄土状土, 厚度分布不稳定。在东部山前洪积扇区以黄土状土为主, 研究区南部比较发育, 厚度在3 5m 内; 西部山前洪积扇区的厚度在2 10 m 内, 在研究区的北部一般为6 8m 左右, 以次生黄土为主, 中、南部则以黄土状粉土为主, 厚度2 3 m 左右。表层黄土下伏的土层主要由砂砾石、砂层及粉砂土、粉质粘土等构成, 其岩性组合及分布在不同位置有较大差别, 在后缘及中部以砂砾石层、粗砂层等含水层为主, 而前缘及边缘地带则以粘性土层为主, 砂砾石层厚度减小, 且过渡至中、粗砂层。级阶地区：地表耕植土或杂填土( 或素填土) 下的浅部

6、广泛分布有一层湿陷性黄土, 其下伏地层以粉土、粉质粘土等压缩性土层为主, 其间的含水层多为粉细砂 中粗砂与粉土互层。上部湿陷性黄土以冲洪积成因为主, 汾河西侧 级阶地内的厚度一般在4 6 m。在汾河东侧的级阶地, 主要分布于城区以南地带, 厚度在0.5 9 m, 其中, 城区东部及东南部厚度较大, 一般厚6 9 m。该层黄土具大孔隙结构(孔隙直径多在0.1 0.6 m ) 垂直节理发育, 呈硬塑状态, 属自重湿陷性黄土, 其湿陷性等级为级。黄土以下的土层为冲洪积成因的粉质粘土, 普遍含有钙质结核, 硬塑 坚硬状态, 低压缩性; 粉土呈可塑性硬塑状态, 低 中等压缩性; 砂层多处于饱和, 密实状

7、态中等, 分布于汾河东西两侧的皿级阶地内表现有明显差异。东侧以薄层 中厚层的细砂层为主, 主要分布于30 50 m 及80 1 20 m 两个层段; 而西侧则以中粗砂层为主, 厚度明显大于东侧。级阶地：主要由一套冲洪积成因的粉土、粉质粘土及细、中砂层构成, 且以粘性土层为主, 但岩性组合在不同深度内表现有一定的差异, 细、中砂含水层主要分布于80 m 以下的深度内。根据钻孔所揭露的地层情况, 在汾河东侧 级阶地的50 m 深度内, 上部(20m 以浅) 以粉土为主, 夹有薄层细砂层, 下部以粉质粘土与粘土互层, 局部夹有中厚细砂层; 而汾河西侧的 级阶地主要为粉质粘土层, 粉土及含水层组主要呈

8、互层状分布于中深部。级阶地地下水埋深较( 多在10 m 左右), 水位以下的土层大都处于饱和, 粘性土层呈可塑状态, 含水层密实程度中等, 各类土层的固结程度普遍较低。级阶地及漫滩区：工级阶地和河漫滩的地层分布、岩性组合无明显差异。与其它地貌单元内的地层相比,含水层的沉积厚度较大。上部以细 中砂为主, 向下多为中 粗砂层, 在40 50 m 深处分布有厚层砂砾石层。在100m 深度内的岩性组合: 50 m 以上主要为砂层夹粘土和粉质粘土,其下以粘土和粉质粘土为主, 夹有中厚层的砂层。该区的土层固结程度较低, 压缩性普遍在中等以上, 粘性土层多为可塑性, 砂性土的密实程度中等5。临汾气象特征临汾

9、位于中国暖温带亚湿润大区的山西，具有显著的暖温带大陆性季风气候的特征。由于有河谷、平原、丘陵、山地等地貌类型，临汾气候显示一定的空间差异，总体表现为南部比北部稍暖，山区降雨大雨平原。年平均气温11.713.2C，夏季气温高，7月份平均为22.626.4C；冬季气温较低，1月份平均为-4.3-1.6C，全年封冻期可持续130天左右，最大冻土深度0.84m，全年霜冻期自10月上旬至次年4月上旬，无霜期160天左右。年降水453547mm，降水变率大，具有夏湿、冬春干旱的特征，夏季降水占到全年降水量的70%左右，且多暴雨或连续降雨；冬春季降水只占年降水量的1015%，且春季干燥少雨多风沙，昼夜温差大

10、，特别是冬末春初段极易形成短暂性冻融循环6。降水量总的分布是南部多于北部盆地中央降水少于边山地区。水文地质条件临汾境内河流均属黄河流域，汾河是其第一大河流。汾河发源于山西宁武县，经灵石峡谷自洪洞县入境，贯穿整个临汾盆地，自河津汇入黄河，在盆地内长约250km。临汾市境内流水受地质、地形、地貌的控制和影响,其径流排泄方式基本上是从东西山区山前洪积倾斜平原汾河冲积平原。山前洪积倾斜平原因其岩性颗粒粗大,富水性强,具有良好的储存条件; 汾河冲积平原区因岩性分布差异较差, 富水区的分布极不均匀,汾河两岸的一、二级阶地含沙层较多,厚度较大,具有良好的储水条件。所以说,从临汾市地下水资源的分布情况来看,汾

11、河一、二级阶地和山前洪积倾斜平原区为富水区7。根据临汾地区含水层的埋深及水力特征，盆地内松散岩类孔隙水可划分为潜水、中层承压水和深层承压水。潜水含水层多呈带状分布，以冲洪积的中细砂为主，有时含砾石，且有上游颗粒粗、下游颗粒细的特点，含水层底板埋深30100m；中层承压水是该区地下水的主要开采对象，含水岩组为中更新统冲洪积、湖积砂层，底板埋深为150200m；深层承压水地下水赋存条件及分布规律与中层水基本一致，含水岩组为下更新统，底板埋深350400m，深层承压水目前不是该区主要开采对象。临汾盆地地下水的补给来源主要包括侧向径流、地表水体渗漏和降水入渗，地下水的排泄主要为蒸发及人工开采。此外，中

12、层承压水与潜水通过弱透水层存在越流补排关系8。地质灾害类型及成因根据地质灾害成因分类, 可分为自然地质灾害、人为地质灾害和二者共同作用的地质灾害 。从3 种地质灾害发生的频度、强度与空间分布看, 除自然因素外（降雨、冻融、地震等），多数是因为人类不合理的生产和经济活动, 破坏了地质环境的天然平衡状态, 导致地质生态环境退化而发生的.临汾盆地是山西省能源重化工基地的一部分, 这里人口稠密, 工农业发达, 但也是易于发生破坏性地质灾害的地区.临汾境内主要地质灾害类型有:滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等，其中以滑坡、崩塌为主。崩塌、滑坡（以下简称崩滑）灾害的成因由土体内因和外因共同作用。其中内因为黄土

13、的垂直节理发育、黄土的湿陷特性；外因为水的作用、冻融影响以及人类活动等。黄土的垂直节理发育对崩滑形成起着关键作用，裸露在外的土体会在风化作用下沿着其垂直节理进一步形成更大的节理，逐渐削弱土骨架的作用，土体不断遭到侵蚀，最终土骨架溃散，导致土体整体下沉，形成崩滑灾害。土壤湿陷性对黄土崩滑起着控制作用，水分入侵后，土体膨胀，胶结物及无机盐逐渐溶解，导致土骨架分离，土体结构最终破坏。而黄土崩滑外部触发因素即诱因主要为降雨、土壤冻融、地下水侵蚀、河流冲蚀、人类活动及生物活动等。其中降雨和冻融对黄土崩塌的影响最为严重。以下内容主要研究临汾黄土崩滑的诱因分析。水对崩滑灾害的影响水的影响可以细分为地表水作用

14、（降雨及河流水）和地下水作用；事实证明降水特别连续降雨或暴雨是崩滑形成最重要的触发因素。在持续降雨或暴雨的情况下，雨水对土体的侵蚀作用加大，对土体稳定性极为不利，随着降雨强度增大和时间推移，土体膨胀变形，接近饱和状态，土体中的胶结物、晶体溶解在水中，土骨架逐渐溃散软化，土体抗剪强度逐渐降低，当抗剪强度将不足以抵抗因自重产生的下滑力时，导致黄土崩滑的发生9。且降雨形成的短暂水流会对坡脚进行冲刷，使坡脚坡度变大，斜坡上部形成高陡临空面，坡体应力状态改变，也易导致崩滑的发生。此外地下水及河流水也会对崩滑的发生造成一定影响：可溶性物质溶于水，碳酸盐类胶结物及无机盐晶体物质溶解于水中后，以离子形式随水的

15、流动游离并附着于坡脚土体表面，随水份蒸发以结晶的形式析出。遭受水的侵蚀作用后，土骨架遭到破坏，土体强度降低，表层土壤在坡脚处松散堆积，而松散的土体进一步遭受风化、冲蚀作用，坡脚土体逐渐剥落，形成凹陷，坡体底部承载能力不足以抵抗上层土的自重应力，最终导致崩塌发生。如2013年9月22日下午4：00临汾市永和县城内阁窑渠发生一起滑坡地质灾害，此次滑坡共造成1人死亡（图3-1）。该滑坡位于黄土梁的斜坡地带，为黄土粘土接触面的新滑坡。滑坡后壁为第三系上新统保德组，滑坡体为上更新统马兰黄土，斜坡前缘沟底有三迭系中统二马营组砂岩岀露，并夹有少量泥岩，岩层产状近水平，裸露部分中等强风化。此斜坡周界清晰，主滑

16、方向85，坡顶高程1092m，坡脚高程1069m，高差23m，斜坡横向长约40m，滑坡坡体厚211m，滑坡总方量达1240m3。由于居民削坡建房的需要，为防止发生滑坡、崩塌等灾害，坡脚已有支护，但坡体上部为近乎垂直陡坡，滑坡面岩性差异较大，且坡体无植被覆盖，裸露土体分化严重。灾害发生当日仅有1.9mm的降水出现，在灾害发生前10天内相继出现了几次大的降雨，9月13日降雨量为51.2mm，15日降雨量67.5mm，18日降雨量37mm，这三次降雨具有连续性降雨特征，连续降雨时间超过三天，雨量均大于30mm，降水总和超过150mm，此次滑坡为典型的降雨诱发的地质灾害。图3-1 永和县阁窑沟滑坡现场

17、2 0 05 年5 月9 日23 时, 吉昌镇桥南村水洞沟2 09 国道右侧发生一起大型黄土滑坡（图3-2）, 造成24 人遇难,209 国道吉县至乡宁段完全中断, 造成极大的生命财产损失。吉县水洞沟位于山西省临汾市黄河中游晋陕峡谷的黄土高原区。区内地形起伏较大, 地貌单元复杂, 尤其是黄土覆盖区冲沟纵横交错, 斜坡陡立, 属于黄土残源沟壑地貌，地质灾害比较发育。 斜坡海拔高度为1200m , 向黄河倾斜, 坡度小于5。坡面周围沟谷发育, 沟蚀、溯源侵蚀旺盛, 崩塌、滑坡等地质现象发育。大气降水和人渗是该区地下水补给的主要来源。该区地层主要为黄土, 其厚度约50m140m。从上往下依次有: 全

18、新统黄土, 分布在沟谷中和沟脚处; 上更新统马兰黄土, 广泛分布于源面, 黄土厚度1020m , 湿陷系数为0.03 -0.1 0, 为中等湿陷性至强湿陷性黄土, 湿陷土层厚度3.5 一9.0;m 中更新统离石黄土, 土层厚度多在60 m以上; 下更新统午城黄土, 土层厚度有些地区达40 m 以上。本区曾发生过5 级以上地震, 基本烈度为VI 度, 属次稳定区。经过调查发现山体的东侧，有3个由于雨水长年冲刷形成的滴水洞，这种在当地被叫做“天窖”的滴水洞，洞口直径大约有10米左右，深约四五十米，这是导致滑坡的主要原因。在已经发生滑坡的山体上也会存在着相似的滴水洞，而这些滴水洞达到一定的规模和数量

19、后，就会对山体结构起到“切割”破坏的作用，使部分山体分离。其次，发生灾害的地形是一个陡崖，所以在重力作用下，更容易产生山体滑坡地质危险。最后，这里的黄土虽然是黏土，但这种土质特点是质地比较松软，颗粒小，黏度差，也是导致山体滑坡的一个重要原因10图3-2 吉县吉昌镇水东沟滑坡现场冻融对崩滑灾害的影响冻融作用主要是破坏土体节理，是节理进一步张裂，形成破坏。多次冻融循环会改变土体结构，使土壤颗粒、孔隙等的重新排列，排列后的土体抗沉降能力减弱，在重力作用下易发生沉降。在冬季，土壤中未蒸发的水分会发生冻结，尤其是坡脚和背光坡面处水分难以蒸发，会随温度降低发生冻结，冻结后的土体膨胀变形，孔隙、节理变大；土

20、体解冻后，孔隙会相对恢复，节理不可恢复，且在水的软化作用下，土体会在冰水交界面产生破坏，尤其在春初冬末时期，斜坡表层冻融循环较频繁，土体孔隙、节理均会变大，表层交界面剥落，表层土体发生冻胀破坏。冻融作用不仅易造成黄土表层边坡破坏，而且由于冻期土体深处地下水富集，引起土体软化范围扩大以及静、动水压力增大等冻结滞水效应, 促使边坡形成整体大规模破坏, 从而导致灾害发生。如2014年4月6日发生在吉县吉昌镇西关村的崩塌，是典型的黄土冻融诱发的地质灾害。此次崩塌规模为1350m3，共7人遇难，属于中型地质灾害。坡体植被发育不良，裸露岩土受风化作用较强烈坡体下部易受风化剥落，节理、裂隙张拉变大，在重力作

21、用下易发生倾覆作用，按崩塌发生机理此次崩塌属于倾倒式崩塌。据调查崩塌区斜坡坡脚没有开挖堆载现象，附近也没有采矿活动。崩塌区为典型黄土丘陵区，自然斜坡发育，地形表现为上缓下陡特征，斜坡上部坡度约为60，高度约为4060m，下部坡度较陡约为69，高度在520m。崩塌土体主要由第四系上更新统马兰黄土组成，底部为中更新统离石黄土，土体结构松散，节理裂缝发育良好。据气象资料显示，吉昌镇西关村2014年2月4日至7日发生降雪，总降水量11.4mm，且降水前期土体干旱，致使雪水更有利于沿黄土垂直节理、裂缝空隙入渗，导致土壤水分大量富集，温度降低时，水分冻结，导致土体冻胀变形，节理、裂隙被迫张裂，土体抗剪强度

22、不断降低，且自重增大，土体间抗剪强度不足以维持自身重力，3月中旬该区开始进入解冻期，坡面、坡顶的积雪与表层冰率先解冻，解冻后的水随张裂的节理、裂隙进入斜坡内部，水分大量富集在斜坡内部，温度降低时，水分重新冻结，土体膨胀变形，当变形量大于黄土自由膨胀体积时，土体内部裂隙进一步张大，同时产生了新的膨胀裂缝，如此冻胀循环，节理、裂隙逐渐张大，最终使土体强度急剧下降，结构破坏发生崩塌11。图3-3为此次崩塌现场图片。图3-3 吉县吉昌镇西关村崩塌现场人类活动对崩滑的影响人类活动的盲目性是造成黄土崩塌的另一诱发因素。临汾市境内对地质环境造成一定影响的人类活动主要有采矿、切坡修路、建房（修筑窑洞）、工程设

23、施建设等。临汾是矿产能源大省，由于经济发展的需要，采矿活动变得越来越频繁，大规模的开采活动常形成地下空洞，造成地面应力不均，常发生地面塌陷、地裂缝等地质灾害，而这些地质灾害往往会改变斜坡坡角、坡形，进而改变斜坡土体应力状态，诱发崩塌等地质灾害。由于黄土高原地区特定的地质地形条件限制以及经济发展的需要，在丘陵地区修建房屋、建设公路、铁路、修建水利水电设施等工程，是临汾经济建设不可或缺的。然而修建房屋、道路及其他工程设施时，往往通过大规模的切坡方式来增大所需面积，切坡卸载使坡脚坡度增大，造成斜坡上缓下陡的坡形，改变斜坡形态，斜坡上部产生了临空面，坡脚暴露在空气中进一步遭到雨水冲刷侵蚀、风化作用，节

24、理裂隙进一步发育；由于卸荷作用，土体有向前推进的趋势，坡体后缘会产生拉张裂隙。同时卸载作用减小了土体被动土压力，应力状态发生改变，破面土体进行应力重分布，随着坡脚的不断侵蚀，坡脚的承载能力降低，当坡脚的承载能力不足以支撑上部重力时，土体最终因倾覆作用发生崩塌。2004年1月3日晚发生在临汾市蒲县蒲城镇经坡村的黄土崩塌特大事故（图4-3），共16人遇难，塌方地带位于大运高速公路南侧62Km+200m，原土坡高50m左右，坡度约为7887，陡崖构造，此陡坡原为村内砖窑提供土资源，因无节制、不合理切坡开采，导致斜坡下部倾角越来越大，坡脚承载能力变小，加之气温转低，土体水分冻结，土体膨胀变形，节理、冻胀裂缝张开，结构强度减小，最终不足以支撑上部土体重力，发生崩塌事故。斜坡上覆盖的植被往往会减少斜坡的水土流失，降低黄土崩塌、滑坡等地质灾害的发生，然而有时斜坡上的植被（乔木、灌木）会加速黄土崩塌等地质的发生。乔木或灌木在生长过程中根部会吸收土体中的水分，使土壤出于干燥状态；且根部的深入黄土生长会加速黄土节理、裂隙的发育即根劈作用12。一旦降雨，干燥的土体会吸收大量水分，土体膨胀，节理、裂缝进一步张裂，土骨架强度降低，逐层剥落。另一方面，植物根系处土壤松软，是黄土穴居动物活动的首选通道。且黄土地区动物活动较频繁，蛇鼠穴、蚁穴、以及各种虫洞的聚集往往会诱发崩塌灾害。